Chapitre IV : Reconnaissances géotechniques
V.1 Introduction
Les reconnaissances et études géotechniques complètent celles réalisées par la géologie et l’hydrogéologie, donc il faut faire une étude géotechnique spécifique avant d’apprécier le comportement et la nature lithologique du sol, cette compagne de reconnaissance consiste en des essais de laboratoire et des essais in situ, l’intérêt de cette étude est de collecter des informations sur :
➢ La nature lithologique des couches
➢ Les propriétés physiques et mécaniques des sols
➢ Evaluer l’aptitude des sols à supporter les différentes charges
Dans le domaine des instabilités de terrain, l’étude géotechnique vise essentiellement a élucider les causes et les mécanismes des mouvements, d’analyser la stabilité du site en question, et enfin a définir les travaux de confortement adéquats en tenant compte de l’aspect technico-économique de l’opération de stabilisation.
IV.2. Compagne de reconnaissances géotechniques
Une compagne de reconnaissances géotechniques des sites d’étude a été élaborée et réalisée par le bureau d’étude Rizzani d’Eccher en deux phases :
• Phase d’avant-projet détaillé (APD) comprenant Un (01) sondage carotté
• Phase d’exécution (EXE) comprenant deux (02) sondages carottés
Le Tableau .IV.1 ci-dessous donne le détail des travaux de reconnaissance in-situ effectués au niveau des deux sites d’étude.
Tableau .IV.1 : Programme de campagne de reconnaissances géotechniques.
Sondage Carotté N°
Profondeur en (m)
Coordonnées Système UTM (m)
X Y
SC 01
Chapitre IV Reconnaissances géotechniques
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La Figure. IV. 1 ci-dessous représente l’implantation de ces sondages carottés
Figure. IV. 1 : Implantation des sondages carottés dans la zone d’étude.
IV.3. Essai in-situ
Plusieurs types d’essais et mesures in-situ peuvent être réalisées à différentes étapes de l’étude d’un ouvrage. Cela est fonction de plusieurs paramètres tels que : la nature des terrains de fondation, les problèmes géotechniques rencontrés, l’importance de l’ouvrage envisagé…etc.
Ils permettent de mesurer les caractéristiques physico-mécaniques des sols, en intégrant l’effet des discontinuités de ce dernier (Degoutte, 1997). Parmi ces essais on peut citer :
IV.3.1. Sondages carottés
Les sondages mécaniques donnent beaucoup de renseignements sur le sous-sol, ils fournissent une coupe lithologique précise des terrains rencontrés. Ils doivent être implantés après une étude géologique approfondie et une campagne géophysique détaillée.
Trois (03) sondages carottés ont été réalisés dans la zone étudiée, avec une profondeur variant entre 0 m et 40 m. Ces derniers ont été implantés d’une manière à couvrir toute la superficie du site en vue de mettre en évidence les différentes couches constituantes le terrain et de déterminer leurs épaisseurs.
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Tableau .IV.2 Résultats des sondages carottés (Rizzani de Eccher, 2015).
Sondage №
PK Profondeur Lithologie
SC 01 42+200 0 – 8,30 m
Argile marneuse de couleur marron à grisâtre et de dureté tendre friable
8,30- 20,50 m Argiles avec des blocs de grés 20,50-40m Marnes grises bleuâtre, sains et compactes
SC 02
42+560
0-4,20m Argiles marneuses brunâtres 4,20 -30,00m Marnes grises bleuâtre, sains et compactes
SC 03 43+020
0 -7,50 m Argiles avec des blocs de grés 7,50 -15m Marnes grises bleuâtre, d’aspect schisteux
totalement fragmenté parfois broyée compactes
Par corrélation des logs des sondages obtenus, nous avons tracé la coupe géotechnique suivante :
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A partir de la coupe lithologique de la zone étudiée (Fig. IV.2) établie sur la base de corrélation des résultats des sondages carottés, on peut conclure que la lithologie du terrain est représentée essentiellement par une première couche représentée par des marnes argileuses tendres et friables, et une deuxième couche marquée par des argiles à blocs de grés, l’ensemble surmontant un bed-Rock représenté par des marnes grises telliennes compactes.
IV.3.2. Essai Pressiométrique
L'essai pressiométrique Ménard est un essai de chargement in-situ, effectué au sein même du terrain grâce à la réalisation préalable d'un forage. L'analyse des résultats permet d'obtenir, pour une profondeur donnée, les caractéristiques mécaniques du sol et d'effectuer les calculs de fondation.
L’essai permet d’obtenir la courbe de variation des déformations volumétriques du sol en fonction de la pression appliquée. Il permet de déterminer deux paramètres :
❖ Le module pressiométrique EM qui définit le comportement pseudo-élastique du sol ; ❖ La pression limite PL qui caractérise la résistance de rupture du sol.
Le Tableau .IV.3 donne les résultats des sondages préssiométriques effectués dans la zone d’étude :
Tableau .IV.3 :Valeurs des sondages préssiométriques (Rizzani de Eccher, 2012).
Sondage N° PK Lithologie Profondeur Forage (m) Profondeur d’essai (m) Pression Limite PL (MPa) Module pressiométrique Em (MPa) Em /Pl SP 01 Blocs, galets et graviers dans une matrice argileuse 0-7,5 2 0,41 3.1 7.5 4 0,54 11.0 20.3 6 0,43 3.2 7.3 marne grise peu compacte 7,5-20 8 2,42 114 46.9 10 2,78 30.4 10.9 12 1,85 12.2 6.6 14 2,09 27.8 13.3 16 2,85 28.8 10.1 18 2,03 38.1 18.8 20 2,96 31.2 10.5 PK 4 3 + 020
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Un critère de qualité très souvent utilisé est le rapport EM/PL qui permet une classification des sols, Ménard donne pour les sols les correspondances suivantes :
Tableau .IV.4 : Classification des sols d’après EM/PL d’après Ménard.
Valeur EM/PL Type de sol
EM/PL<5 sols remaniées ou triturés 5< EM/PL ≤ 8 argiles sous-consolidées ou légèrement
remaniées
8< EM/PL ≤12 argiles normalement consolidées 12< EM/PL ≤ 15 argiles légèrement sur consolidées
EM/PL>15 argiles sur consolidées. 6< EM/PL ≤8 sables et graviers immergés
EM/PL >10 sables, sables et graviers secs et serrés
D’après la classification de Ménard qui basée sur le rapport EM/PL (Tab .IV.4) le sol est de type : Argiles sur-consolidées.
IV.3.3. Essai de perméabilité
a. Essai lugeon
L’essai d’eau lugeon est un essai en place réalisé en sondage, il est essentiellement destiné à évaluer les possibilités de circulation de l’eau dans une roche et dans le sol à déceler des hétérogénéités ou des fissurations. (NF P 94-131)
Le Tableau .IV.5, permet de classer les roches à partir des valeurs de perméabilité exprimées en cm/s (G. CASTANY, réf : le forage d’eau).
Tableau .IV.5 : Classification des roches en fonction de la perméabilité.
Valeur de perméabilité K
Nature de la roche K en (cm/s) K en (UL)
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Tableau .IV.6: Résultats de l’essai lugeon (Rizzani de Eccher ,2015).
Sondage N° PK Profondeur (m) Coefficient de perméabilité k (UL) Lithologie SC 01 42+200 12 2,78 Grés fracturées avec passage de sables et argiles 22 1,52 Argiles SC 02 42+560 17 1,58 Argiles e marnes argileuses 26 2,46 Argiles e marnes argileuses
L’examen des résultats récapitulés dans le Tableau .IV.6, permet de conclure qu’on est en présence d’un sol peu perméable sur les 12 premiers mètres du PK 42+200 et d’un sol peu perméable sur les 26 premiers mètres du PK 42+560 avec des valeurs de K comprises entre
1,52 et 2,78 UL.
IV.3.4. Mesures piézométriques
Les piézomètres sont également mis en œuvre lors des études géotechniques de reconnaissances du site.
Les différents enregistrements piézométriques sont résumés au Tableau .IV.7 ci-dessous :
Tableau .IV.7 : Résultats de lecture des niveaux piézométriques (Rizzani de
Eccher ,2012 .2014.2015). Sondage Carotté
N° PK Profondeur en (m) Date de mesure Profondeur de la nappe (m) Sondage (m) Piézomètre (m) SC 01 42+200 40 40 07/09/2015 16,30 08/09/2015 16,80 09/09/2015 17,15 10/09/2015 17,25 SC 02 42+560 30 30 19/08/2014 18,70 20/08/2014 18,73 22/08/2014 18,80 22/08/2014 18,86 SC03 43+020 15 15 20/10/2012 02,80
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A partir des résultats de variations des niveaux piézométriques au niveau des sondages, on note que le niveau d’eau pour le sondage SC2 est respectivement 18,77 m, avec une faible variabilité le long de la période de suivi. Par contre pour le sondage SC 01, le niveau de la nappe fluctue entre 16,30 m et 17,25 m suivant la période de mesure, et dans le SC 03 le niveau de la nappe est de 2,80 m qui a été mesuré dans une seule journée.
IV.4. Essais de laboratoire
Le long des sondages, des échantillons (intacts et remaniés) ont étaient prélevés pour la réalisation des essais de laboratoire nécessaires à la définition des caractéristiques physiques et mécaniques, à savoir :
IV.4.1. Essais physiques
Les résultats des paramètres physiques mesurés par le bureau (Rizzani de Eccher ,2015) sont regroupés dans le Tableau .IV.8 suivant :
Tableau .IV.8 : Caractéristiques physiques des sols ((Rizzani de Eccher ,2015).
Sondage Carotté
N° PK Profondeur (m) W % γh (T/m) γd (T/m) Sr % SC 01 42+200 35,1 -35,38 6,85 2,33 2,18 76 35,6- 36 10,78 2,30 2,07 95 36,44- 36,75 8,86 2,30 2,12 86 39,5 -39,77 15,20 2,18 1,89 95 SC 02 42+560 1,30 -1,57 12,20 2,42 2,16 100 6,30- 6,50 11,63 2,38 2,20 100 21,50 -21,90 - - - - 22,45- 22,93 - - - -
Il en ressort de ces résultats que :
❖ Les valeurs de la teneur en eau (W) sont variables entre 6,85 à 15,20% ❖ Les valeurs du degré de saturation (Sr %)sont très élevées de 76 à 100% ❖ Les valeurs des densités sèches (d T/m3)varient de 1,89 à 2,20 T/m³
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a. Les limites d’Atterberg
Les limites d’Atterberg permettent d’identifier les sols par rapport à leur consistance ainsi que les différents états des sols, à savoir ; état plastique, état liquide et état solide (NF P
94-051/052).
On peut également connaitre le type du sol et son état de plasticité à partir de la valeur de l’indice de plasticité, comme il est présenté dans les Tableaux .IV.09 et IV.10 :
Tableau .IV.9: État du sol d’après l’indice de plasticité (Sanglerat et Costet, 1983).
Indice de plasticité IP
IP>7 Sol de faible plasticité.
7 ≤ IP<17 Sol de plasticité moyenne.
IP> 17 Sol de plasticité élevée.
Tableau .IV.10: Classification des sols en fonction de l'indice de plastciité
(Sanglerat et Costet, 1983).
Type de sol Indice de plasticité IP
Argile Ip>30
Argile limoneuse 20<Ip<30
Limon 10<Ip<20
Sable Limoneux 5<Ip<20
Sable argileux 5<Ip<15
Les limites d’Atterberg permettent de prévoir le comportement des sols en particulier sous l’action des variations de la teneur en eau. Les résultats des essais des limites d’Atterberg sont récapitulés dans le Tableau .IV.11
Chapitre IV Reconnaissances géotechniques
Tableau .IV.11 : Résultats des limites d’Atterberg (Rizzani de Eccher ,2015).
Sondage Carotté
N° PK Profondeur (m) Limites d'Atterberg Description WL (%) WP (%) IP (%) IC (%) SC 01 42+200 35,1 -35,38 36 19 17 1,71 Argiles peu plastiques 35,6- 36 32 18 14 1,52 Argiles peu plastiques 36,44- 36,75 - - - - - 39,5 -39,77 27 13 14 0,80 Argiles peu plastiques SC 02 42+560 1,30 -1,57 33,81 22,06 11,75 1,84 Argiles peu plastiques 6,30- 6,50 34,18 21,29 12,89 1,75 Argiles peu plastiques 21,50 -21,90 - - - - - 22,45- 22,93 - - - - -
À partir des résultats obtenus, on remarque que les valeurs de l’indice de plasticité (IP) varient entre 11, 75 % et 17% indiquant qu’on est en présence d’une argile peu plastique.
Chapitre IV Reconnaissances géotechniques
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La classification des sols fins réalisée à partir du diagramme de Casagrande basée sur la limite de liquidité WL et l’indice de plasticité IP (Fig. IV.3),nous a permis de constater, que les points sont situées au-dessus de la droite A : [IP = 0,73 (WL - 20)], ce qui caractérise respectivement une Argile peu plastique (AP) de consistance très dure.
IV.4.2 Essais mécaniques
Les paramètres mécaniques permettent d’accéder, directement à la capacité portante des sols, compatibles avec une déformation (tassement) acceptables.
Deux types d’essais ont été exécutés pour déterminer les paramètres mécaniques des sols des sites d’étude qui sont :
❖ Essai de compressibilité à l’œdomètre ; ❖ Essai de cisaillement rectiligne.
a. Essai oedométrique
Un échantillon de sol est placé dans une boîte cylindrique rigide de section circulaire entre deux pierres poreuses assurant son drainage. Un piston permet d’appliquer sur l’échantillon une contrainte verticale uniforme constante pendant un temps déterminé. On peut établir des courbes de compressibilité (indice des vides en fonction de la contrainte) et de consolidation (variation relative de tassement en fonction du logarithme du temps).
On peut classer la compressibilité d’un sol (Tab .IV.12), en fonction de l’indice de compressibilité Cc et l’indice de gonflement Cg comme suit :
Tableau .IV.12 : Classification du sol en fonction de Cc et Cg (Rizzani de Eccher ,2015).
Indices (Cc et Cg) Classification des sols
L’indice de compressibilité Cc
Cc< 0,020 : sol incompressible
0,020 <Cc< 0,050 : sol très peu compressible 0,050 <Cc< 0,100 : sol peu compressible 0,100 <Cc< 0,200 : sol moyennement compressible 0,200 <Cc< 0,300 : sol assez fortement compressible
0,300 <Cc< 0,500 : sol très compressible 0,500 <Cc : sol extrêmement compressible
L’indice de gonflement Cg
Cg < 0,005 Sol non gonflant Cg > 0,005 Sol pouvant gonfler
Les résultats des essais oedométriques réalisés par le bureau d’étude Rizzani de Eccher sont présentés dans le Tableau .IV.13 suivant :
Chapitre IV Reconnaissances géotechniques
Tableau .IV.13 : Résultats des essais oedométriques (Rizzani de Eccher ,2015).
Sondage Carotté N° PK Profondeur en (m) Lithologie Pc en (Kpa) Cc en (%) Cg en (%) e0 OCR SC 01 42+200 35,24 Argiles marneuses grisâtres à bleuâtres 227 7,01 1,41 0,370 1
Les résultats montrent que :
• L’indice de compressibilité Cc est de l’ordre de 7,01% (0,050 <Cc< 0,100), ce qui confère que le sol un caractère peu compressible.
• L’indice de gonflement Cg est égal à 1,41 % (Cg > 0,005), Ce qui permet de classer le sol dans la catégorie des sols pouvant gonfler.
b. Essai de cisaillement
Les essais de cisaillement ont pour but de déterminer l’angle de frottement interne φ et la cohésion C. Ces deux paramètres servent aux différents calculs de stabilité en mécanique des sols.
Les caractéristiques intrinsèques (C, φ), ont été mesurées par des essais de cisaillement direct de type non-consolidé non-drainé (UU) à l’aide de la boite de Casagrande. Les valeurs obtenues sont représentées dans le Tableau .IV.14 suivant :
Tableau .IV.14: Résultats des essais de cisaillement (UU) (Rizzani de Eccher ,2015).
Sondage Carotté N° Profondeur de prélèvement en (m) Cisaillement rectiligne CUU (Kpa) φuu ° SC 1 PK42+200 0 – 8,30 m 15 12 8,30- 20,50 m 15 15
Chapitre IV Reconnaissances géotechniques
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Dans l’ensemble, ces résultats caractérisent des sols moyennement frottants à caractéristiques de cisaillement acceptables
IV.5. Conclusion
A partir des résultats de reconnaissances géotechniques par des essais in-situ et au laboratoire on peut conclure ce qui suit :
• D’après la classification de Ménard basée sur le rapport EM/PL le sol est classé de type : des argiles sur-consolidées.
• Les valeurs obtenues pour les caractéristiques physiques des sols caractérisant un sol moyennement dense, légèrement humide et partiellement saturé.
• Les valeurs de l’indice de plasticité (Ip) varient entre 11,75 % 17% indiquant d'après la classification de Casagrande qu’on est en présence d’un sol argile peu plastique.
• L’indice de compressibilité Cc est de l’ordre de 7,01% (0,050 <Cc< 0,100), ce qui confère que le sol un caractère peu compressible.
• L’indice de gonflement Cg est égal à 1,41 % (Cg > 0,005), Ce qui permet de classer le sol dans la catégorie des sols pouvant gonfler.
• Les résultats obtenus par l’essai non drainé non consolidé « UU » (essai à court terme), ont donnés des valeurs de la cohésion Cuu comprises entre 15 à 20 Kpa et un angle de frottement φuu compris entre 12 et 20° caractérisant des sols argilo-marneuse.
Chapitre V
Chapitre V Reconnaissances géophysiques
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V.1. Introduction :
Depuis 20 ans, la prospection géophysique à faible profondeur a considérablement évoluée avec l’apparition de techniques de l’imagerie 2D, puis 3D et maintenant 4D qui permettent de considérer les variations spatiales et temporelles des objets géologiques étudiés (Jongmans et
Garambois, 2007).
Les méthodes géophysiques permettent potentiellement d’imager en 2D et 3D la structure des terrains, les variations des paramètres mécaniques ainsi que les écoulements préférentiels d’eau.
Elles présentent, les avantages d’être :
• rapides,
• faciles à mettre en œuvre,
• non destructives,
• large couverture des zones étudiées.
La prospection géophysique appliquée aux mouvements de terrain a pour objet principalement d’identifier les limites latérales de la masse en mouvement, la surface de glissement en profondeur, ainsi que l’imagerie de la structure interne du corps en mouvement. Etant donné que l’eau constitue un facteur primordial dans l’activation des glissements de terrain, les techniques électriques et électromagnétiques sont les plus souvent employées (Caris, et Van Asch 1991 ; Lebourg et al
2005)
Les modifications du sol générées par un mouvement de terrain entraînent généralement des variations des paramètres géophysiques qui caractérisent le sous-sol. La mesure de ces deniers peut donc être utilisée afin d’imager le corps du mouvement et suivre son évolution.
L’application des méthodes géophysiques à l’étude des mouvements de terrains .comporte généralement trois étapes :
1. Le choix de la ou des méthodes géophysiques les plus adaptées du mouvement ; 2. L’acquisition et le traitement des données ;
3. L’interprétation des résultats (Bouali ; Saib ,2018).