Résultats et méthodes d'essais au laboratoire et au chantier - Results and methods of laboratory and field tests

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Technical Memorandum (National Research Council of Canada. Division of

Building Research); Issue 72-3

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Résultats et méthodes d'essais au laboratoire et au chantier - Results

and methods of laboratory and field tests

The Associate Committee on Soil and Snow

Mechanics is one of about thirty special committees which

assist the National Research Council in its work.

Formed

in 1945 to deal with an urgent wartime problem involving

soil and snow, the Committee is now perfonning its intended

ta sk of co-ordinating Canadian research studies concerned

with the physical and mechanical properties of the terrain

of the Dominion.

It

does this through subcommittees on

Snow and Ice, Soil Mechanics, Muskeg and Pennafrost.

The Committee, which consists of about twenty-five Canadians

appointed as individuals and not as representatives. each for

a 3-year term, has funds available to it for making research

grants for work in its fields of interest.

Inquiries

wi

11 be

welcomed and should be addressed to: The Secretary, Associate

Committee on Soil and Snow Mechanics, c/o Division of

Building Research, National Research Council, Ottawa, Ontario.

This publication is one of a series being produced by the

Associate Committee on Soil and Snow Mechanics of the National Research

Council.

It

may therefore be reproduced, without amendment, provided

that the Division

i

s t o ld in advance and that full and due acknowledgment

of this publication is always made.

No abridgment of this report may

be published without the written authority of the Secretary of the ACSSM.

Extracts may be published for purposes of review only.

NATIONAL RESEARCH COUNCIL

CANADA

ASSOCIA TE COMMITTEE ON SOIL AND SNOW MECHANICS

CANADIAN PAPERS PRESENTED AT THE FIFTH

INTERNA TIONAL CONFERENCE ON SOIL MECHANICS

AND FOUNDATION ENGINEERING,

PARIS,

JULY 1961

TECHNICAL MEMORANDUM NO.72

OTTAWA

JANUARY 1962

PREFACE

The Fifth International Conference on Soil Mechanics

and Foundation Engineering was held in Paris, France, from 17 to

22 July 1961.

The first such conference was held in 1936 as a part

of the tercentenary celebrations of Harvard University, Cambridge,

Mass.

The incidence of war necessitated the gap of twelve years

between the first two meetings.

The second conference was held in

Rotterdam in 1948, and the third was held in Zurich in 1953.

The

fourth was held in London in 1957.

Seven Canadians were present at the Harvard rn e e

ti.ng,

This number has increased over the years and over 25 were present

at the conference in Paris.

The Associate Committee on Soil and

Snow Mechanics of the National Research Council is pleased to publish

the reprints of the eleven Canadian papers which were included in the

official proceedings.

The International Society of Soil Mechanics and Foundation

Engineering is composed of national sections.

The executive body for

the Canadian Section is the Associate Committee on Soil and Snow

Mechanics of the National Research Council.

The principal function of

the Canadian Section is to assist in the further development and

appli-cation of soil mechanics throughout Canada.

Enquiries with regard to

its work will be welcome; they may be addressed to the Secretary,

Associate Committee on Soil and Snow Mechanics, National Research

Council, Ottawa 2, Canada.

Robert F. Legget,

Chairman.

Ottawa

1/53

Resultats et methodes d'essais au laboratoire et au chantier

Results and Methods of Laboratory and Field Tests

par P.-A. ROCHETTE, Assistant-Professeur, Ecole Polytechnique de Montreal, Canada et

J.-E. HURTUBISE, Professeur Titulaire, Ecole Polytechnique de Montreal, Canada

Sommaire

Une recherche systematique de correlation a ete entreprise entre des essais pressiometriques, des donnees de laboratoire sur echantillons de sol intact, et des resultats de mesure du compor-tement des constructions.

On observe que la pression de consolidation mesuree

a

l'cedo-metre se manifeste egalernent dans les essais pressiornetriques de chantiers, comme un seuil de deformation.

La comparaison des essais de resistance au cisaillement executes avec l'appareil de compression triaxiale, Ie penetrornetre statique et Ie pressiometre, de meme que les donnees d'analyse de la defor-mation ou de la rupture des fondations douvrages, revelent que les essais pressiornetriques ont fourni des resultats satisfaisants dans les cas etudies.

La presente etude des precedes et des resultats de mesure des proprietes des sols a pour objet de degager,

a

partir de cas concrets ou un ensemble d'essais differents ont pu etre valablement executes, les aspects et les criteres propres

a

chaque mode operatoire, au sujet des trois principales pro-prietes sui vantes : cohesion et consolidation des sols en place; resistance au cisaillement; force portante des terrains. Cohesion et consolidation des sols en place

La Fig. I represente Ie profil des essais executes sur des prelevements obtenus

a

I'aide de I'echantillonneur Suedois

a

feuillards, dans une argile tres sensible au remaniement. Les donnees du chantier, pressiometre-geocel et scissometre, ont ete reportees sur la meme figure, et on constate un type de concordance classique pour la cohesion de l'argile laurentienne recente (Ref. nO 2) entre les essais triaxiaux sans drainage, le scissornetre et Ie pressiometre. La cohesion n'est en fait pas directement mesuree par le geocel, mais est calculee

a

partir de la pression limite (observee par exemple sur les deux courbes de la Fig. 5) et de la pente de la portion droite de la courbe proportionnelle au module de compression; la validite de cette relation obtenue theoriquement (Ref. nv I) se trouve confirrnee par les resultats sur la cohesion; la formule entre Ie module, la pression limite et la cohesion, permet done de relier les deux phenomenes de compressibilite et de resistance.

Des recherches entreprises

a

l'Ecole Polytechnique ont permis de deduire la preconsolidation d'un sol

a

partir de la pression de f1uage, du coefficient de f1uage, et du module pressiometrique. Les resultats correspondent aux donnees des essais de consolidation en laboratoire comme I'indique la Fig, I. La cohesion et la pression de preconsolidation sont ainsi toutes deux liees

a

la pression de fluage et au module, done proportionnelles entre elles pour un sol donne, d'apres la formule precitee (Ref. nv I); il s'ensuit que le

Summary

Studies have bee.i undertaken in order to correlate pressure-meter tests with laboratory data on undisturbed samples and with the analysis of the behaviour of structures.

Ithas been observed that the preconsolidation pressure derived from consolidation tests is also evidenced by pressuremeter field tests.

The comparison of triaxial compression, static penetrometer and pressuremeter tests as well as the analysis of deformations and of failures of structures suggest that pressuremeter tests offer satisfactory information for the cases studied.

rapport du module

a

la cohesion est sensiblement constant et caracteristique du sol, et l'experience montre qu'il est lie

a

la sensibilite au remaniement.

Resistance au cisaillement

L'analyse de cas de rupture, d'apres les formules classiques de force portante des sols peu cohesifs, indique qu'en termes de contraintes totales tout se passe comme si le sol manifestait, aux pressions superieures

a

la preconsolidation, un angle apparent de frottement nettement inferieur

a

l'angle interne dont l'utilisation exigerait la connaissance des pressions interstitielles (Ex. : Resultats de E. de Beer).

Des recherches ont ete entreprises,

a

l'Ecole Polytechnique de Montreal, sur I'angle apparent de resistance correspondant aux contraintes totales superieures

a

la preconsolidation et

a

l'hypothese qu'alors la cohesion propre pourrait etre negli-gee; tel est le cas des sols de faible ou de moyenne plasti-cite ou la cohesion intervient essentiellement aux faibles deplacements des particules tan dis que la resistance par frottement est progressivement mobilisee au cours de la deformation. Dans le cadre de ces hypotheses, l'interpretation des courbes obtenues au geocel met en evidence un angle pressiometrique de frottement apparentqJp.

La valeur qJp a ete confrontee directement avec l'expe-rience dans trois cas de rupture rapide de palplanches, fonda-tions et pentes, dans des sables, limons et moraines; son emploi dans les formules c1assiques de portance des mate-riaux pulverulents a donne des conditions de stabilite limites avec un coefficient de securite variant suivant les cas de 0,8

a

1,4, alors que l'usage de l'angle de frottement interne exigerait dans les memes cas un coefficient de securite de l'ordre de 1,2

a

3,5 pour tenir compte de l'effet des pressions interstitielles. La Fig. 2 illustre un exemple de rupture de quai ou la stabilite du limon sableux aurait exige un angle de frottement d'au moins 17,5°. Les essais pressiometriques

gril-lIQ/1lbre Lanlilles de sable lin

-20 T/ 12

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Geocet- pfesslOme1re

o

RESISTANCE AU CISAILLEMENT PRESSION VERTICALE

o

0 2 5 0 5 0 0 7 5 1 0 0 2 60 T / , 50 40 30 Sable -30 -40 Argile laminee Argile Iimoneus. 20 homogene 9rise Af'Qile limoneuse 10 foiblement organique CJrise Al'Qile limoneuse hornogene faiblement organique_I 0 -v-.

Fig. I Resultats d'essais dans une argile sensible. Nicolet, P.Q. Results of tests of a sensitive clay. Nieolet, P.Q.

ont indique une valeur moyenne de 19° (Ref.nv3). Ce resultat estd'ailleurs en accord avec les donnees de 18°

a

19° obtenues au meme emplacement avec Ie penetrometre statique (Ref. n° 3 b).

En raison du faible nombre de cas de rupture analyses, aucune conclusion definitive ne saurait etre portee sur l'apti-tude de l'essai pressiometrique it rcpresenter les conditions memes de rupture rapide des sols faiblement coherents tels que sables, limon, moraines... Toutefois, il ne s'est encore trouve aucun exemple pour infirmer la validite de 9p , et

l'ordre de grandeur du frottement du sol en place a pu etre confirme dans de nombreux projets OU 1a marge de securite etait consideree et reconnue comme faible. Ainsi la Fig. 3 presente un cas d'impossibilite de descendre des palplanches au-dessous du niveau -39, dans une moraine limoneuse

a

enorrnes b1ocaux. Sur la foi des resultats du geocel donnant un angle minimum9a = 31° pour une rupture excessivement

rapide et un angle de frottement pressiornetrique 9p = 44°,

l'excavation a ete pratiques jusqu'a la cote -33 avec I'espoir d'un coefficient de securite de 1'1 (Ref. nO 4). Aucune rupture ne s'est produite, et la valeur 9p = 44° represente un ordre de grandeur convenable, si ce n'est securitaire, du frottement existant in situ.

Des travaux de recherche en cours semblent indiquer I'existence d 'une correlation empirique entre Ie coefficient de fluage pressiometrique, l'angle 9p, et I'angle 9cuobtenu en laboratoire. Dans Ie cas des materiaux pas tres argileux ni tres impermeables, et OU la cohesion n'est pas essentiel-lement due aux forces en jeu entre des particules tres fines voire colloidales, il semble que I'ordre de grandeur de Pangle interne <Pa puisse etre egalement deduit, avec une precision suffisante aux besoins pratiques, des valeurs du fluage et de

l'angle9p-La Fig. 3 comprend un tableau des valeurs obtenues pour une moraine limoneuse.

Des essais de mise en charge pressiometrique ont ete ega-lement effectues au laboratoire sur des sols artificiels com-pactes : la Fig. 4 illustre les resultats obtenus sur une moraine de Cornwall, Onto (argile 10

% ;

limon 30

% ;

gravier 10

%),

cornpactee sous forte energie

a

la teneur en eau de 9,9

%

qui est I'hurnidite maximum pouvant assurer la densite seche maximum 2, I correspondant

a

131 livres par pied cube (condition standard Proctor) : W

=

8,5

%:'d =

2,1). Le pres-siometre a fourni les valeurs 9c1I = 23° 9d= 34,5° et le laboratoire 9"

=

24° 9'

=

34° (Ref. nO 5).

Dans Ie cas dargiles tres imperrneables et sensibles au remaniement, la valeur de 9clI a pu etre raisonnablement deter-minee

a

partir des donnees du geocel : par exemple, dans Ie cas d'une argile recente faiblement organique qui avait donne lieu

a

9ca= 10°

a

14°

a

partir du pressiometre, une etude de correlation avec les donnees de laboratoire a abouti

a

la valeur minimum de 9,50

pour I'angle 9c/( directement mesure it partir d'essais triaxiaux (Ref. nv6).

Force portante des fondations

La force portante d'un sol

a

une profondeur donnee par rapport

a

la rupture locale est directement liee

a

la pression limite observee dans les essais de mise en charge pressio-metrique ; mais ce resultat, qui a ete etabli par reference

a

des essais de plaques et se trouve utilise dans la pratique journaliere du calcul des semelles, dans quelle mesure reste-t-il valable dans Ie cas des fondations profondes ?

Des travaux de recherche recents, entrepris au debut de l'ete 1959 (Ref. nv 7) semblent indiquer qu'a partir d'une 2

600

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Liman sableux

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I 0 o 0° Platefarme du quai z

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Pression appliquee sur Ie sol

Fig. 2 Coupe du sol, profil du quai etessai pressiometrique type du limon sableux Soil profile, wharf section and typical pressuremeter test into loose sandy silt.

o

2 3 4 5 6 7

kg/cnf!

certaine profondeur Ia force portante

a

Ia rupture des pieux est sensiblement proportionnelle

a

la pression limite. Cette propriete, si elle se confirme, etablirait que Ie geocel travaille ala rnaniere d'un pieu et que la pression limite tient

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Essais triaxiaux et essais au pressiornetre de laboratoire sur la moraine glaciaire de Cornwall.

Laboratory pressuremeter and triaxial tests of Corn-wall till

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difonnotoon IIlitOire Fig. 4

ment compte des effets de profondeur et de nappe phreatique sur la resistance de pointe. Le defaut de portance aux faibies profondeurs semblerait lie au fait que, pour un meme niveau d'essai, la profondeur relative

ｾ

d'une sonde pressiometrique

B

est notablement superieure

a

celle d 'un pieu. La capacite portante d'un pieu peu profond s'obtiendrait par application

4 5 6 7 8 9

Pression oppliQuee sur Ie ,$01 klil/em2

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Coupe du sol, section du batardeau, et essai pressiome-trique type dans des moraines.

Soil profile, section of sheet-piling cofferdam and typical pressuremeter test into dense till

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Fig. 3 3

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a

I'enfoncement statique

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10

20

30 40

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20

30 40

Description du sol

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10:

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Pre..ion appliquee sur Ie sol

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Profondeur ＱＶｾ

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Pression I limite

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Fig. 5 Resultats dessais de battage, de penetrornetre statique, et de pressiornetre dans un sable limoneux ; diagrammes des essais de chargement de deux pieux-caissons.

Dynamic percussion and static penentrometer tests into a loose silty sand; results of field pressuremeter tests; diagrams of field load tests of two caisson-piles.

D

du facteur 10B

<

1, correctif de l'effet de modele reduit (Ref. nv 8). L'experience confirme ce resultat comme dans la figure 5 par exemple ; la base du pieu nv 1, gonflee de 21" a environ 34" de diarnetre, se trouve peu en dessous de la nappe phreatique, a la profondeur de 15'. Celie du pieu nO 2 a un diametre de I'ordre de 41" a la profondeur de 33'. Le rapport des pressions limites aces profondeurs est

sensi-D

blement de 1,5 ; comme Ie facteur correctif 10B relatif au pieu superficiel n'' 1 est de 0,5, les resistances de pointe sont dans un rapport de 3 et les forces portantes, tenant compte du rapport des dimensions de bases, dans Ie rapport de 3,7. Ce resultat peut etre retrouve par application de la theorie de la force portante (Ref.nv8) ; egalement a partir des donnees du penetrometre statique a condition de corriger la densifi-4

cation par Ie cone statique observee au niveau du pieu nv I. En effet, Ie pressiometre donne pour le pieu nv 2 une force portante unitaire de 50 tjpied2 _{(kgjcm'') en accord avec la}

resistance de pointe du penetrometre, mais

a

la profondeur de 15' du pieu nO I elle est de 35 tjpied2 _{(kg/cm-) au lieu}

de la valeur de 60 tjpied2_{(kg/cm'') fournie par Ie}

penetrorne-tre, et que Ie diagramme de chargement rend tres improbable. Les tassements des pieux sont, tant que les charges ne provoquent pas decoulement plastique, proportionnels

a

la pression limite et en raison inverse du diarnetre de leurs bases, done dans un rapport de 1,5jl,25

=

1,2. Ce resultat se trouve confirrne par les diagrammes d 'affaissement des pieux qui montrent que ce rapport se conserve jusqu'a la charge de 75 t qui represente done la capacite admissible du pieu nv I.

Les developpements precedents relatifs

a

la cohesion, la preconsolidation, Ie frottement plus ou moins mobilise dans les fondations, et l'evaluation de la force portante, montrent combien les essais les plus differents, au chantier ou au laboratoire, s'eclairent mutuellement et favorisent la comprehension du comportement des sols. Notre etude de correlation est tres preliminaire ; par exemple, il n'a pas ete possible d'executer d'essais valables de mesure de la pression intersticielle du sol en place et les resultats de resis-tance effective manquent pour controler et completer l'etude

sur Ie frottement. Les resultats sont neanmoins encourageants et les travaux de recherche correlative se poursuivent. References

[I] MENARD, L. F. (1956). An apparatus for measuring the strengh of soils in place. M.Sc. Thesis, Universite de I'Illinois.

[2] ROCHETTE, P. A. (1957). Experimental and Theorical Investi-gation on the Properties of Canadian Natural. Clay Depo-sits. Proc. tenth Canadian S. M. Con! 2 Nat. Res. Council, Techn. Mem. No. 46.

[3] Etude de sol par Applied Geotechnique Inc. sous la direc-tion de Cartier, Cote et Piette, Ing. Cons., Montreal.

[3 b] Communication personnelle de M. R. Audy, Ing, Cons., Quebec.

[4] Etude de sol sous la direction de Prof. J. E. Hurtubise. [5] Etude sur la cisaillement des moraines. Centre de Rech.,

Ecole Polytechnique, Montreal.

[6] Communication personnelle de Mr. S. Steuerman, de Parsons, Brinckerhoff, Hall & MacDonald, New York.

[7] Etudes de sol et recherches sous la direction de l'I ngenieur en chef du Service des Ponts, du Ministere des Travaux Publics de la Province de Quebec.

[8] MEYERHOF, G. G. (1959). Compaction of sands and bearing capacity of piles. Proc. Am. Soc. Civ. Eng., Journal of the

S.M. and Found. div., vol. 85, No. SM6.