Projet de Fin d’Etudes -...
Transcript of Projet de Fin d’Etudes -...
LHOIST RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT
Projet de Fin d’Etudes Mesure des modules de portance des sols traités : étude des paramètres du Déflectomètre
Léger à Masse Tombante (LFWD), comparaison avec des techniques établies
ARRIERO Jean-Sébastien – Elève ingénieur de 5ème année
INSA de Strasbourg – Spécialité Génie Civil
Tuteur Ecole : Pierre REGENASS
Tuteur Entreprise : Gontran HERRIER 2012 - 2013
2
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Remerciements
Je tiens à remercier chaleureusement M. Gontran HERRIER, chef du département Génie Civil
chez « Lhoist Recherche et Développement » pour m’avoir accueilli au sein de son équipe et pour
avoir assuré un suivi continu et régulier de mon Projet de Fin d’Etude.
Je souhaite remercier en deuxième lieu M. Pierre REGENASS, professeur en Géotechnique à
l’INSA de Strasbourg qui malgré l’éloignement a su se rendre disponible à maintes occasions pour
m’épauler et me renseigner.
Je remercie également M. Tamer OZTURK, technicien au sein du département Génie Civil
pour avoir mis à ma disposition sa patience et son expérience.
J’adresse aussi mes remerciements à M. Benoît JANSSENS, ingénieur au Centre de
Recherches Routières de Belgique pour sa coopération et son aide dans le cadre de mon Projet de Fin
d’Etude.
Je continuerai en remerciant M. Simon VANDEVYVERE, technicien au sein de l’entreprise de
terrassement réalisant la plateforme commerciale de Lessines pour avoir facilité nos interventions
sur site.
Je remercie finalement tous les ingénieurs, techniciens, employés et stagiaires de « Lhoist et
Recherche et Développement » pour avoir entretenu un espace agréable et propice au bon
déroulement de mon Projet de Fin d’Etude.
3
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Sommaire Remerciements ...................................................................................................................................... 2
Table des illustrations ............................................................................................................................ 8
Liste des tableaux ................................................................................................................................. 11
Lexique ................................................................................................................................................. 12
Résumé ................................................................................................................................................ 13
Abstract ................................................................................................................................................ 14
Présentation de l’entreprise ................................................................................................................. 15
Histoire du groupe Lhoist ................................................................................................................. 15
Secteurs d’activités .......................................................................................................................... 15
L’entité Lhoist Recherche et Développement S.A ............................................................................ 16
Chapitre 1 - Etude bibliographique ...................................................................................................... 17
1.1. Introduction .......................................................................................................................... 17
1.2. Généralités ........................................................................................................................... 19
1.2.1. Contexte ....................................................................................................................... 19
1.2.2. Principe de fonctionnement du LFWD .......................................................................... 21
1.2.3. Avantages ..................................................................................................................... 24
1.3. Théorie ................................................................................................................................. 25
1.3.1. Le comportement du sol ............................................................................................... 25
1.3.2. Les contraintes produites par des plaques ................................................................... 26
1.3.2.1. La zone d’influence ................................................................................................... 26
1.3.2.2. Le calcul du module .................................................................................................. 27
1.4. Description ........................................................................................................................... 30
1.5. Facteurs ................................................................................................................................ 32
1.5.1. Facteurs dépendants du Prima 100 .............................................................................. 32
1.5.1.1. La masse ................................................................................................................... 32
1.5.1.2. La hauteur de chute de la masse .............................................................................. 32
1.5.1.3. Nombres de lâchers .................................................................................................. 33
1.5.1.4. Le diamètre de la plaque........................................................................................... 33
1.5.1.5. Température des coussinets en caoutchouc ............................................................. 34
1.5.2. Facteurs dépendants du matériau ................................................................................ 35
1.5.2.1. Coefficient d’uniformité et forme des grains ............................................................. 35
1.5.2.2. Présence d’éléments plus grossiers ........................................................................... 35
1.5.2.3. La pression des pores ................................................................................................ 36
4
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.5.2.4. Les matériaux « stress-dependent » ......................................................................... 36
1.5.2.5. L’état de déformation du sol ..................................................................................... 37
1.5.2.6. L’existence de fissures ............................................................................................... 37
1.5.2.7. La rigidité du sol ........................................................................................................ 37
1.5.2.8. Influence du gel/dégel .............................................................................................. 38
1.5.2.9. Epaisseur de la couche mesurée ............................................................................... 38
1.5.2.10. L’état de la surface de contact entre le sol et la plaque de chargement ................... 39
1.5.2.11. L’état de la surface de contact entre le sol et les géophones .................................... 41
1.6. Corrélations .......................................................................................................................... 43
1.6.1. Corrélation entre LFWD et Clegg Hammer ................................................................... 43
1.6.2. Corrélation entre LFWD et Dynamic Cone Penetrometer (DCP) ................................... 43
1.6.3. Corrélation entre LFWD et Falling Weight Deflectometer (FWD) ................................. 43
1.6.4. Corrélation avec d’autres PFWDs ................................................................................. 45
1.6.5. Corrélation entre LFWD et Plate Loading Test (PLT) ..................................................... 45
1.6.6. Corrélation avec le California Bearing Ratio (CBR) ........................................................ 45
1.6.7. Corrélation avec la densité de compactage et la teneur en eau .................................. 46
1.7. Conclusion ............................................................................................................................ 47
Chapitre 2 – Etudes expérimentales..................................................................................................... 48
2.1. Introduction .......................................................................................................................... 48
2.2. Protocole d’essai .................................................................................................................. 49
2.2.1. Choix des équipements................................................................................................. 50
2.2.2. Paramètres à renseigner dans le PDA ........................................................................... 53
2.2.3. Conditions d’opérabilité ............................................................................................... 54
2.2.4. Préparation de la surface .............................................................................................. 54
2.2.5. Protocoles ..................................................................................................................... 55
2.2.6. Rapport ......................................................................................................................... 57
2.2.7. Le « Coefficient of Variation » ou CoV .......................................................................... 58
2.2.8. Critères de réception .................................................................................................... 58
2.2.9. Résumé ......................................................................................................................... 60
2.3. Planche d’essai de Quenast .................................................................................................. 61
2.3.1. Présentation ................................................................................................................. 61
2.3.2. Réalisation de la planche d’essai .................................................................................. 61
2.3.3. Disposition des essais ................................................................................................... 63
2.3.4. Données expérimentales .............................................................................................. 64
5
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.3.4.1. Evolution des modules en fonction du nombre de passes ......................................... 64
2.3.4.2. Corrélation avec l’essai à la plaque statique belge et la German Dynamic Plate (GDP)
66
2.3.4.3. Influence du facteur de rigidité et du coefficient de Poisson ..................................... 68
2.3.4.4. Corrélation avec la sonde de battage légère............................................................. 68
2.3.4.5. Corrélation avec le pénétromètre PANDA ................................................................. 69
2.3.4.6. Corrélation avec la teneur en eau ............................................................................. 69
2.3.4.7. Corrélation avec la masse volumique sèche .............................................................. 70
2.3.4.8. Corrélation avec le pénétromètre statique ............................................................... 70
2.4. Digue de Rouen .................................................................................................................... 71
2.4.4. Présentation ................................................................................................................. 71
2.4.5. Réalisation des planches d’essais ................................................................................. 72
2.4.6. Disposition des essais ................................................................................................... 74
2.4.7. Données expérimentales .............................................................................................. 75
2.5. Chantier de Lessines ............................................................................................................. 76
2.5.4. Présentation ................................................................................................................. 76
2.5.5. Réalisation des planches d’essais et des bandes traités ............................................... 76
2.5.6. Disposition des essais ................................................................................................... 77
2.5.7. Données expérimentales .............................................................................................. 78
2.5.7.1. Opérabilité ................................................................................................................ 79
2.5.7.2. Influence de la « masse retenue » ............................................................................. 80
2.5.7.3. Le premier lâcher ...................................................................................................... 81
2.5.7.4. « Stress-dependency », (voir 1.5.2.4.) ....................................................................... 81
2.5.7.5. Corrélation avec l’essai à la plaque statique belge et à la plaque dynamique
allemande 82
2.5.7.6. Critère de réception sur le chantier de Lessines ........................................................ 83
2.6. Conclusion ............................................................................................................................ 84
Chapitre 3 - Conclusion ........................................................................................................................ 85
Bibliographie ........................................................................................................................................ 87
Normes ............................................................................................................................................. 87
Guides ou recommandations ........................................................................................................... 87
Articles scientifiques ........................................................................................................................ 88
ANNEXE I .............................................................................................................................................. 90
A.I.1. Essais en laboratoire ......................................................................................................... 90
A.I.1.1. GrindoSonic ...................................................................................................................... 90
6
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.1.2. Indice Portant Immédiat (IPI) ........................................................................................... 92
A.I.1.3. California Bearing Ratio (CBR) .......................................................................................... 92
A.I.1.4. Essai de traction indirecte ................................................................................................ 93
A.I.1.5. Essai triaxial ...................................................................................................................... 94
A.I.2. Essais in situ ........................................................................................................................ 96
A.I.2.1. Essai à la plaque statique française .................................................................................. 96
A.I.2.2. Essai à la plaque statique belge ........................................................................................ 96
A.I.2.3. Falling Weight Deflectometer (FWD) ............................................................................... 98
A.I.2.4. Clegg Hammer .................................................................................................................. 99
A.I.2.5. German Dynamic Plate (GDP)........................................................................................... 99
A.I.2.6. L’appareil ODIN .............................................................................................................. 101
A.I.2.7. Loadman......................................................................................................................... 102
A.I.2.8. Soil Stiffness Gauge (SSG) ou Géogauge ......................................................................... 103
A.I.2.9. Transportation Research Laboratrory (TRL) Foundation Tester ..................................... 103
A.I.2.10. Dynamic Cone Penetrometer (DCP) ou sonde de battage légère ................................. 104
A.I.2.11. L’appareil Panda ........................................................................................................... 105
A.I.2.12. Le pénétromètre statique 200 ..................................................................................... 106
A.I.2.13. Le gammadensimètre ................................................................................................... 107
A.I.2.14. L’anneau volumétrique ................................................................................................ 107
A.I.2.15. L’aiguille Proctor........................................................................................................... 108
ANNEXE II ........................................................................................................................................... 109
ANNEXE III .......................................................................................................................................... 110
ANNEXE IV .......................................................................................................................................... 111
ANNEXE V ........................................................................................................................................... 112
ANNEXE VI .......................................................................................................................................... 114
ANNEXE VII ......................................................................................................................................... 115
ANNEXE VIII ........................................................................................................................................ 117
ANNEXE IX .......................................................................................................................................... 119
ANNEXE X ........................................................................................................................................... 120
ANNEXE XI .......................................................................................................................................... 122
ANNEXE XII ......................................................................................................................................... 126
ANNEXE XIII ........................................................................................................................................ 128
ANNEXE XIV ........................................................................................................................................ 130
ANNEXE XV ......................................................................................................................................... 132
7
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XVI ........................................................................................................................................ 133
ANNEXE XVII ....................................................................................................................................... 134
ANNEXE XVIII ...................................................................................................................................... 135
ANNEXE XIX ........................................................................................................................................ 136
ANNEXE XX ......................................................................................................................................... 137
ANNEXE XXI ........................................................................................................................................ 138
ANNEXE XXII ....................................................................................................................................... 147
ANNEXE XXIII ...................................................................................................................................... 149
ANNEXE XXIV ...................................................................................................................................... 150
8
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Table des illustrations Figure 1 : Cycle de mise en forme des dérivés du calcaire (source : Lhoist) ......................................... 15
Figure 2 : Dispositif de l'essai à la plaque statique (source : www.ginger-cebtp.com) ......................... 17
Figure 3 : Falling Weight Deflectometer (FWD) (source : www.innopave.com) ................................... 17
Figure 4 : Prima 100 LFWD (source : Lhoist) ......................................................................................... 18
Figure 5 : Chute de la masse (source : www.pavement-consultants.com) ........................................... 22
Figure 6 : Géophones supplémentaires (source : www.pavement-consultants.com) .......................... 23
Figure 7 : Exemple d’une mesure au LWD en laboratoire (source : Fleming et al (2006)) .................... 24
Figure 8 : Relation contrainte/déformation d’un matériau granulaire (source : Suarez (2008)) .......... 25
Figure 9 : Zone de contraintes significatives (source : Lambert 2007) ................................................. 26
Figure 10 : Distribution de contraintes et bassin de déformation d'une plaque flexible (source :
Sveinsdottir (2011)) .............................................................................................................................. 27
Figure 11 : Distribution de contraintes et bassin de déflexion d'une plaque rigide (source :
Sveinsdottir (2011)) .............................................................................................................................. 28
Figure 12 : Distribution de contraintes dans les sols fins et grossiers .................................................. 29
Figure 13 : Schéma indicé d'un LFWD (source : Fleming et al (2006)) .................................................. 30
Figure 14 : du module composite d'une argile (source: COWI A/S (2005)) .......................................... 36
Figure 15 : Les effets d’un contact inégal et d’un contact amélioré sur les déflections et contraintes
mesurées pour une plaque de 300 mm de diamètre (400 mm d’agrégats de roches concassées)
(source: Fleming et al (2006)) ............................................................................................................... 40
Figure 16 : Evolution de la déflexion sur une couche de sable pour un effort croissant de compactage
(source: Fleming et al (2006)) ............................................................................................................... 41
Figure 17 : Effet d’impacts répétés du LFWD sur une couche de sable (déformation permanente sous
la plaque et perturbation du sol sous le géophone) (source: Fleming et al (2006)) ............................. 42
Figure 18 : Plaques de diamètre 200 mm à gauche et de diamètre 300 mm à droite (source : Lhoist
(2013)) .................................................................................................................................................. 50
Figure 19 : Masses tombantes de 10 kg à gauche et de 5 kg à droite (source : Lhoist (2013)) ............. 51
Figure 20: Rails de géophones supplémentaires (source: Lhoist (2013)) ............................................. 52
Figure 21 : Application d'une couche de sable (source : CRR, Les routes durables (2013)) .................. 55
Figure 22 : Allure de différentes réponses (source : Edward & Fleming (2009)) .................................. 57
Figure 23 : Compartimentage de la planche de Quenast (source : CRR (2011)) ................................... 62
Figure 24 : Compactage des parcelles (source : CRR (2011)) ................................................................ 62
Figure 25 : Implantation des essais sur la planche de Quenast (source : CRR (2011)) .......................... 63
Figure 26 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteu vibrant sur la
couche 6 du sable pur .......................................................................................................................... 65
Figure 27 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteur vibrant sur la
couche 6 du sable de concassage ......................................................................................................... 65
Figure 28 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteur vibrant sur la
couche 3 du limon traité ...................................................................................................................... 66
Figure 29 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteur vibrant sur la
couche 6 du limon traité ...................................................................................................................... 66
Figure 30 : Corrélations entre l'essai à la plaque statique belge et la GDP (Planche Quenast) ............ 67
Figure 31 : Coupe transversale de la digue en limon traité (source : CER (2012)) ................................ 72
Figure 32 : Coupe longitudinale et vue du dessus de la digue sèche (source : CER (2012)) .................. 72
9
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 33 : Vue de dessus et coupe longitudinale de la planche d'essai en sol non traité (source : CER
(2012)) .................................................................................................................................................. 73
Figure 34 : Coupe transversale de la planche d'essai en sol non traité (source : CER (2012)) .............. 73
Figure 35 : Compartimentation de la digue sèche ................................................................................ 74
Figure 36 : Plans des essais sur la digue sèche (source : CER (2012)) ................................................... 74
Figure 37 : Positions des essais au gammadensimètre sur la planche d'essai en sol non traité (source :
CER (2012)) ........................................................................................................................................... 75
Figure 38 : Implantation des essais sur le chantier de Lessines pour le 21/03/2013 et 22/03/2013 .... 77
Figure 39 : Déflexion et effort en fonction du temps (lâcher 39, essai n°8) ......................................... 79
Figure 40 : Allure de la courbe (temps, déflexion) lorsque la masse est retenue ................................. 80
Figure 41 : Confrontation des modules mesurés sur les essais 1, 2, 3 et 4 au critère de réception
(Lessines : 21/03/2013 et 22/03/2013) ................................................................................................ 83
Figure 42 : L'appareil GrindoSonic (source : Lemmens)........................................................................ 90
Figure 43 : Dispositif d'essai GrindoSonic (source : Lemmens) ............................................................. 91
Figure 44 : Essai de poinçonnement (source : SETRA (2007)) ............................................................... 92
Figure 45 : Dispositif de l'essai de traction indirecte (source : NF P 98-232-3) ..................................... 93
Figure 46 : Dispositif de l'essai triaxial (source : coursgeniecivil.blogspot.de) ..................................... 95
Figure 47 : Essai à la plaque statique (source : www.ginger-cebtp.com) ............................................. 96
Figure 48 : Essai à la plaque belge (source : CRR F26 (2008)) ............................................................... 97
Figure 49 : Diagramme de chargement à la plaque (source : (CRR, F26, 2008)) ................................... 97
Figure 50 : Falling Weight Deflectometer (source : www.innopave.com) ............................................ 98
Figure 51 : Clegg Hammer Impact (source : Lambert (2007)) ............................................................... 99
Figure 52 : German Dynamic Plate (source : HMP (2011)) ................................................................. 100
Figure 53 : L'appareil ODIN (source : B.Eng (1993)) ............................................................................ 101
Figure 54 : Loadman (source : Steinert (2005)) .................................................................................. 102
Figure 55 : Soil Stiffness Gauge (SSG) ou Géogauge (source : Nazzal (2003)) ..................................... 103
Figure 56 : TRL Foundation Tester (source : Fleming et al (2002)) ..................................................... 104
Figure 57 : Sonde de battage légère ou DCP (source : Nazzal (2003)) ................................................ 104
Figure 58 : Appareil Panda (source : SolSolution) ............................................................................... 105
Figure 59 : Pénétromètre statique (source : www.lb.auf.org) ............................................................ 106
Figure 60 : Gammadensimètre Humidimètre 3430 (source : www.igm.fr) ........................................ 107
Figure 61 : Aiguille Proctor (source : DOFEAS (2012)) ........................................................................ 108
Figure 62 : Plaquette technique du Prima 100 (source : Carl Bro)) .................................................... 109
Figure 63 : Coupe de la chaussé de l'autoroute US 190 (source : Nazzal et al (2004)) ....................... 112
Figure 64 : Coupe de la chaussée de la Louisiana State Highway 182 (source : Nazzal et al (2004)) .. 112
Figure 65 : Coupes des chaussées expérimental du site Accelerated Load facility (source : Nazzal et al
(2004)) ................................................................................................................................................ 113
Figure 66 : Courbe granulométrique du sable pur (source: (CRR, 2011)) ........................................... 115
Figure 67 : Courbe granulométrique du sable de concassage (source: (CRR, 2011)) .......................... 116
Figure 68 : Courbe granulométrique du limon pur (source: (CRR, 2011)) .......................................... 116
Figure 69 : Corrélations des modules sur la couche 6 du sable pur .................................................... 117
Figure 70 : Corrélations des modules sur la couche 6 du sable de concassage .................................. 117
Figure 71 : Corrélation des modules sur la couche 3 du limon traité ................................................. 118
Figure 72 : Corrélation des modules sur la couche 6 du limon traité ................................................. 118
Figure 73 : Influence du facteur de rigidité ........................................................................................ 119
10
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 74 : Influence du coefficient de Poisson .................................................................................. 119
Figure 75 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 6 du sable pur ............... 120
Figure 76 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 6 du sable de concassage
........................................................................................................................................................... 120
Figure 77 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 3 du limon traité ........... 121
Figure 78 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 6 du limon traité ........... 121
Figure 79 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 6 du sable pur ..................... 122
Figure 80 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 6 du sable pur ..................... 122
Figure 81 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 6 du sable de concassage ... 123
Figure 82 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 6 du sable de concassage ... 123
Figure 83 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 3 du limon traité ................. 124
Figure 84 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 6 du limon traité ................. 124
Figure 85 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 3 du limon traité ................. 125
Figure 86 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 6 du limon traité ................. 125
Figure 87 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 6 du sable pur ............................... 126
Figure 88 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 6 du sable de concassage .............. 126
Figure 89 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 3 du limon traité ........................... 127
Figure 90 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 6 du limon traité ........................... 127
Figure 91 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 6 du sable pur ........................... 128
Figure 92 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 6 du sable de concassage .......... 128
Figure 93 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 3 du limon traité ....................... 129
Figure 94 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 6 du limon traité ....................... 129
Figure 95 : Corrélation Prima 100 - pénétromètre statique sur la couche 6 du sable pur .................. 130
Figure 96 : Corrélation Prima 100 - pénétromètre statique sur la couche 6 du sable de concassage 130
Figure 97 : Corrélation Prima 100 - pénétromètre statique sur la couche 6 du limon traité .............. 131
Figure 98 : Courbes Proctor du limon traité et non traité (source : CER (2012)) ................................ 132
Figure 99 : Courbes IPI du limon traité et non traité (source : CER (2012)) ........................................ 132
Figure 100 : Corrélation Prima 100 - gammadensimètre sur la digue sèche ...................................... 133
Figure 101 : Corrélation Prima 100 - gammadensimètre sur la planche NT ....................................... 133
Figure 102 : Corrélation Prima 100 - aiguille Proctor sur la digue sèche ............................................ 134
Figure 103 : Corrélation Prima 100 - essai de traction indirecte sur la digue sèche ........................... 135
Figure 104 : Corrélation Prima 100 - Essai triaxial sur la digue sèche ................................................. 136
Figure 105 : Corrélation Prima 100 - Essai triaxial sur la planche NT .................................................. 136
Figure 106 : Corrélation Prima 100 - GrindoSonic sur la digue sèche ................................................. 137
Figure 107 : Vue d'ensemble du chantier de Lessines 1 ..................................................................... 138
Figure 108 : Vue d'ensemble du chantier de Lessines 2 ..................................................................... 139
Figure 109 : Stress-dependency des essais sur le chantier de Lessines (13/06/2013) ........................ 141
Figure 110 : Essai à la plaque statique belge sur le chantier de Lessines ........................................... 142
Figure 111 : Stress-dependency de l'essai 2 du chantier de Lessines (21/03/2013) ........................... 149
Figure 112 : Stress-dependency des essais 1, 2 et 3 du chantier de Lessines (22/03/2013)............... 149
Figure 113 : Corrélations Prima 100 & essais à la plaque belge et allemande (22/03/2013 &
23/03/2013) ....................................................................................................................................... 150
Figure 114 : Corrélation Prima 100 & essais à la plaque belge et allemande (13/06/2013) .............. 150
11
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Liste des tableaux Tableau 1 : Influence de la hauteur de chute sur le module composite pour des épaisseurs différentes
d'enrobés (source : Steinert (2005)) ..................................................................................................... 32
Tableau 2 : Comparaison de la première, de la seconde et de la troisième mesure avec des mesures
successives (source : Steinert (2005)) .................................................................................................. 33
Tableau 3 : Effets des dimensions de la plaque (source: Lin et al (2006)) ............................................ 34
Tableau 4 : Effet de la température des coussinets en caoutchouc sur le module calculé (source:
Fleming et al (2006)) ............................................................................................................................ 34
Tableau 5 : Pressions à appliquer avec le Prima 100 (sources : Edward&Fleming (2009), prVI 90-
4:2007 (2007)) ...................................................................................................................................... 51
Tableau 6 : Configurations du Prima 100 pour une pression donnée................................................... 52
Tableau 7 : Coefficients de Poisson (source: Edward&Fleming (2009)) ............................................... 53
Tableau 8 : Détail des protocoles d'essai.............................................................................................. 55
Tableau 9 : Intervalle de CoV en fonction de la nature du matériau (source : Edward & Fleming
(2009)) .................................................................................................................................................. 58
Tableau 10: Conversion du module initial Ev1 (essai à la plaque statique française) en module
dynamique EGDP (source : RVS 08.03.04 (2008)) ................................................................................... 59
Tableau 11 : Répartition des différents essais sur chaque parcelle (source : CRR (2011)) ................... 63
Tableau 12: Résumé des modules au Prima 100 .................................................................................. 64
Tableau 13 : Caractéristiques des matériaux (source : CER (2012)) ..................................................... 73
Tableau 14 : Synthèse des résultats sur la couche supérieure de la digue sèche et de la planche NT) 75
Tableau 15 : Résumé des résultats du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 21/03/2013 et
22/03/2013 .......................................................................................................................................... 78
Tableau 16 : Résumé des résultats du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 13/06/2013 ...... 78
Tableau 17 : Ecarts relatifs entre les premiers lâchers ......................................................................... 81
Tableau 18 : Synthèses des modules et contraintes minimales ........................................................... 81
Tableau 19 : Coefficient de proportionnalité entre modules (21/03/2013 & 22/03/2013).................. 82
Tableau 20 : Coefficient de proportionnalité entre modules (13/06/2013) ......................................... 82
Tableau 21 : Récapitulatif des chaussées auscultés par Steinert (source : Steinert (2005)) ............... 110
Tableau 22 : Matériaux auscultés par Seyman (source : Seyman (2003)) .......................................... 111
Tableau 23 : Résultats de l'essai 1 du chantier de Lessines (13/06/2013) .......................................... 140
Tableau 24 : Résultats de l'essai 2 du chantier de Lessines (13/06/2013) .......................................... 140
Tableau 25 : Résultats de l'essai 3 du chantier de Lessines (13/06/2013) .......................................... 140
Tableau 26 : Synthèse des résultats du 13/06/2013 (chantier de Lessines) ....................................... 141
Tableau 27 : Modules minimaux évalués grâce à l'étude de la "stress-dependency" ........................ 142
Tableau 28 : Rapports du module du Prima 100 sur le coefficient de compressibilité (chantier de
Lessines, 13/06/2013) ........................................................................................................................ 142
Tableau 29 : Données du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 21/03/2013 ........................ 147
Tableau 30 : Données du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 22/03/2013 ........................ 148
12
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Lexique
Capacité portante ou Portance : Charge qu’un sol donné peut supporter en toute sécurité, sans
tassement ni déplacement appréciables.
CoV : « Coefficient of Variation », rapport de l’écart-type sur la moyenne.
CRR : « Centre de Recherche Routière », institut de recherche belge
DCP: « Dynamic Cone Penetrometer », sonde de battage légère
Déflexion: Déplacement vertical du point de la surface du sol situé à l’aplomb du centre de gravité
d’une plaque rigide chargée.
FWD: « Falling Weight Deflectometer »
GDP: « German Dynamic Plate »
IPI: « Indice portant immédiat »
LFWD: « Light Falling Weight Deflectometer »
LWD: « Light Weight Deflectometer »
PFWD: « Portable Falling Weight Deflectometer »
PLT: « Plate Loading Test », essai à la plaque statique (française).
PST: « Partie Supérieure de terrassement », le mètre supérieur du remblai, en contact avec la sous-
fondation ou la couche de forme.
SSG: « Soil Stiffness Gauge ou Géogauge »
TFT: « Transport Research Laboratory (TRL) Foundation Tester »
13
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Résumé
La capacité portante d’un matériau est le critère de réception des plateformes de
terrassement ou encore des différentes couches constituant une chaussée, une voie ferrée, une
plate-forme… Cependant les essais évaluant cette capacité portante nécessitent l’utilisation d’un
dispositif peu convivial ou la présence d’un engin de charge importante (pelle hydraulique,
compacteur, etc.). Un nouvel instrument : le Déflectomètre Léger à Masse Tombante (LFWD)
commercialisé sous le nom de Prima 100 par l’entreprise danoise Grontmij détermine lui aussi la
capacité portante d’un sol. Il présente l’avantage d’être un appareil manu-portable, facile
d’utilisation et rapide. L’entité « Lhoist Recherche et Développement S.A » déjà en possession d’un
Prima 100, s’interroge sur la légitimité de cet instrument comme outil discriminant mais aussi
comme outil de suivi.
Le Prima 100 est un essai de plaque dynamique. Autrement dit, une masse lâchée depuis une
hauteur choisie par l’opérateur génère un effort lors de son impact avec le carter de l’appareil via les
coussinets en caoutchouc. L’effort est ensuite diffusé dans le sol sous la forme d’un bulbe de
pression au moyen d’une plaque métallique. Un capteur d’effort situé sous les coussinets enregistre
la force générée pendant qu’un géophone placé au centre de la plaque métallique relève la vitesse
de déplacement du sol. Ces deux mesures permettent de déterminer un module dit « composite »
grâce à une formule issue de la Mécanique des Milieux Continus. La nature du matériau mais aussi la
configuration de l’appareil sont autant de facteurs qui influent sur le module mesuré. Par ailleurs, la
littérature scientifique abonde de corrélations entre le Prima 100 et d’autres essais tels le Falling
Weight Deflectometer (FWD) ou encore l’essai à la plaque statique française.
L’utilisation des déflectomètres légers est réglementée dans plusieurs pays : Allemagne,
Autriche, Danemark, Etats-Unis d’Amérique et Royaume-Uni. Il n’est pas pour autant un outil de
réception pleinement validé dans tous ces pays puisque l’Allemagne et le Royaume-Uni prescrivent
de corréler préalablement les déflectomètres légers avec des essais de mesure de portance reconnus.
Si les opinions divergent sur la question de la légitimité de l’essai comme outil discriminant, les
recommandations sont unanimes à l’heure de choisir un protocole d’essai. Le Prima 100 suit le même
protocole d’essai que La German Dynamic Plate (GDP) excepté lors de l’évaluation de la « stress-
dependency » du matériau. Les différentes interventions sur sites ont révélé que les corrélations
n’étaient satisfaisantes que sur des sols traités à la chaux. Par ailleurs si la GDP se corrèle avec le
Prima 100 sur deux sites différents, il en va tout autrement entre l’essai à la plaque statique belge et
le LFWD puisqu’aucune corrélation probante n’a pu être dégagée. Si les observations ont bien
démontré la viabilité du Prima 100 comme outil de suivi, le manque de données nous a empêché de
conclure sur le rôle d’outil de réception.
Mots Clés : Déflectomètre, Capacité portante, Plaque dynamique et Critère de réception
14
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Abstract
Acceptance of the bearing capacity of a material is the criterion for validating earthworks
platforms or different constituve layers of a road. However, trials evaluating the bearing capacity are
bulky. A new instrument: the falling weight deflectometer Light (LFWD) sold under the name of
Prima 100 by the Danish company Grontmij also determines the bearing capacity of a soil. It has the
advantage of being quick to use, handy and user-friendly. The entity "Lhoist Research and
Development" already owns a Prima 100 device, questioned the legitimacy of this instrument as a
tool for validating the conformity of earthworks with standards but also as a tracking tool.
The Prima 100 is a dynamic test plate. In other words, a mass dropped from a height chosen
by the operator generates a force on the impact with the casing of the device via the rubber pads.
The force is then distributed in the soil under the form of a pressure bulb by means of a metallic
plate. A force sensor located underneath the bearing plate measures the force generated during the
impact while a geophone located at the centre of the metallic plate measures the velocity of the
ground. These two measurements are used to determine a modulus called "composite modulus"
using a formula derived from the Continuum Mechanics. The nature of the material but also the
configuration of the device is all factors that affect the measured modulus. Moreover, the literature
abounds with correlations between Prima 100 and other tests such as the Falling Weight
Deflectometer (FWD) or the French plate loading test.
The use of light deflectometers is ruled by standards in many countries: Germany, Austria,
Denmark, United States of America and United Kingdom. It is not fully considered as a conformity
tool in all these countries just like Germany and the United Kingdom which require light
deflectometers to correlate with recognized tests measuring the bearing capacity before any tests.
While opinions differ on the question of the legitimacy of the trial as a discriminating tool,
recommendations are unanimous when choosing a test protocol. The Prima 100 follows the same
protocol test as the German Dynamic Plate (GDP) except in the evaluation of the "stress-
dependency" of the material. Different interventions on sites revealed that correlations were
satisfactory on materials treated with lime. Moreover, if the GDP correlates with the Prima 100 on
two different sites, it is quite different between the Belgian plate loading test and the LFWD since no
conclusive correlation could be found. If the observations have well demonstrated the viability of
Prima 100 as a monitoring tool, the lack of data prevented us to conclude on its part as an
acceptance tool.
Keywords: Deflectometer, Bearing capacity, Dynamic plate and Criterion of reception
15
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Présentation de l’entreprise
Histoire du groupe Lhoist
A la fin du XIXème siècle, Hippolyte Dumont fonde sa première usine en Belgique sous le nom
de « Carrières et Fours à Chaux Dumont-Wautier » à Hermalle, en 1889. Son gendre, Léon Lhoist,
crée lui aussi ses établissements du même nom à Jemelle en 1924. Lhoist met en place, en 1928, son
premier site français à Dugny-sur-Meuse en Lorraine. Depuis 1981, Lhoist prend des parts ou rachète
des sociétés à travers le monde tels que l’Allemagne, la Pologne, les États-Unis, la République
Tchèque, le Mexique le Royaume-Uni et le Brésil, ce qui va permettre au groupe d’être le leader
mondial de la production de chaux. En 2004, Lhoist fait une alliance avec le Groupe Votorantim au
Brésil et est apparu sur le marché de l’Amérique Latine. Il possède actuellement un peu plus de 80
sites d’exploitation actifs dans une vingtaine de pays et emploie plus de 5000 salariés.
Secteurs d’activités
L'activité principale de la société est l'extraction du calcaire (CaCO3) et de la dolomie
(MgCO3.CaCO3). La cuisson de ces produits permet d’obtenir des oxydes respectifs tels que la chaux
vive (CaO) et la chaux dolomitique (MgO.CaO). Il est également possible à partir de ces oxydes, de
produire des hydrates comme la chaux hydratée (Ca(OH)2) et la chaux dolomitique hydratée
(Mg(OH)2.Ca(OH)2). La figure suivante illustre le procédé de production à partir du calcaire :
Figure 1 : Cycle de mise en forme des dérivés du calcaire (source : Lhoist)
Groupe Lhoist produit 16 millions de tonnes de produits cuits ou calcinés (chaux vive, chaux
hydratée, dolomie calcinée, dolomie frittée). La société propose également des produits crus
(calcaire, dolomie crue) et un produit liquide (lait de chaux). Les domaines d’application sont les
suivants : Acier, Environnement, Papier/PCC, Génie Civil, Chimie, Construction, Métaux non-ferreux,
Verres, Agriculture et Boues.
16
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
L’entité Lhoist Recherche et Développement S.A
Le Projet de Fin d’Etude (PFE) s’est déroulé chez Lhoist Recherche et Développement S.A
dans la zone industrielle de Nivelles en Belgique. Ce centre, composé d’une quarantaine de
personnes, a pour mission de contribuer à la croissance du groupe en offrant aux « business units »
(regroupement de sociétés du groupe Lhoist par zone géographique) des solutions innovantes, des
procédés compétitifs, des supports techniques aux clients et aux usines ou dans le cadre des
acquisitions, garantir et valoriser la connaissance scientifique et la propriété intellectuelle.
L’auteur de ce mémoire a travaillé au sein du département Génie Civil sous la direction du
chef de département Gontran HERRIER et du responsable technique Tamer OZTURK.
17
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Chapitre 1 - Etude bibliographique
1.1. Introduction
La mesure de la capacité portante d’un sol fait partie des attentes des réglementations
françaises, belges, anglaises ou bien encore danoises lors de la construction d’une chaussée, voie
ferrée ou encore plate-forme. Il existe aujourd’hui des dispositifs normalisés appartenant au paysage
des travaux publics depuis de nombreuses années : essai à la plaque statique (France : NF P94-117-1,
Belgique : MF40/78) ou encore le « Falling Weight Deflectometer » (FWD) (ASTM D4694-09) (voir
figure 2 & 3). Cependant, ces essais quoi qu’efficaces impliquent la présence d’un engin de charge
importante, ne permettant pas toujours d’accéder à certaines zones dont l’investigation serait
nécessaire.
Figure 2 : Dispositif de l'essai à la plaque statique (source : www.ginger-cebtp.com)
Figure 3 : Falling Weight Deflectometer (FWD) (source : www.innopave.com)
Certains pays européens ont eu recours à des solutions alternatives. Les deux dernières
décennies ont vu le développement de plaques dynamiques légères manu-portables. Bien que
méconnues en France, ces méthodes d’essais ont fait et font toujours l’objet d’une importante
recherche scientifique afin d’établir leur fiabilité comme outil de contrôle-qualité. L’Allemagne,
l’Australie, le Danemark, les Etats-Unis, la Grande-Bretagne sont autant de pays qui emploient déjà
les « Portable Falling Weight Deflectometers » (PFWD) et qui par conséquent, ont établis et
18
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
établissent encore des documents ou normes régissant l’emploi de ces appareils dans l’évaluation de
la portance.
Dans une optique similaire, l’entreprise LHOIST a fait l’acquisition d’un PFWD : le « Light
Falling Weight Deflectometer » (LFWD) connu également sous l’acronyme « Light Weight
Deflectometer » (LWD) et désignant en réalité un seul et unique produit : le Prima 100 (voir figure 4).
Cette acquisition s’est faîte dans l’objectif d’établir la fiabilité de ce dispositif afin d’inscrire le LFWD
dans une démarche de suivi des remblais, des couches de forme et des parties de structures
concernées par le traitement des sols à la chaux.
Figure 4 : Prima 100 LFWD (source : Lhoist)
L’auteur de ce rapport s’est donc vu confié la mission d’évaluer les différents paramètres
influençant la mesure de la portance du sol à l’aide du LFWD. Il s’attèlera à traiter le sujet
suivant : « Mesure des modules de portance des sols traités : étude des paramètres du Déflectomètre
Léger à Masse Tombante (LFWD), comparaison avec des techniques établies (LFWD), comparaison
avec des techniques établies (essai à la plaque, essais de poinçonnement de laboratoire, essais de
poinçonnement dynamique (PANDA, sonde de battage) ou statique (aiguille IPI) sur chantier) ». Afin
de fournir une réponse satisfaisante aux lecteurs, les parties suivantes seront abordées :
Environnement historique, Principe de Fonctionnement, Facteurs et Corrélations.
Remarque :
Cette étude sera menée à l’aide du Prima 100, et comparée à d’autres méthodes disponibles
au sein du laboratoire de recherche et développement de LHOIST.
19
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.2. Généralités
Les outils de type déflectomètre constituent un ensemble de méthodes parmi les plus
utilisées pour déterminer le module élastique des différentes couches qui composent une chaussée,
plate-forme, etc. Il convient de considérer avec prudence la notion de module d’élasticité lorsqu’elle
s’applique à un sol. La question du module élastique sera abordée en 1.3. Il existe plusieurs
déflectomètres légers disponibles sur le marché. Les déflectomètres légers se rassemblent sous la
dénomination de PFWD.
1.2.1. Contexte
Selon Fleming, Frost, & Lambert (2006) durant les 15 dernières années, l’ « UK Highways
Agency » s’est investi dans la recherche des PFWDS et en a promu l’utilisation. L’un des principaux
objectifs était de définir un cadre réglementaire pour l’utilisation de ces instruments comme outils
de mesures in-situ ainsi que d’optimiser l’utilisation des matériaux dans les corps de chaussées et les
terrassements.
Cependant ces instruments sont soumis à deux impératifs :
fiabilité des mesures in situ
résistance de l’instrument à l’environnement (chantiers)
Les essais au LFWD ont été menés jusqu’à présent sur le terrain (couches de sous-fondations
et terrassements), en laboratoire, sur des chaussées (surface en asphalte de faible épaisseur) et sur
des terrains de sports artificiels.
L’élan qui a présidé au développement d’appareils dynamiques de mesure aux faibles
dimensions est largement induit par la lenteur de l’acquisition de données et l’encombrement des
essais statiques à la plaque.
Selon Fleming, Frost, & Lambert (2006), le FWD est utilisé depuis plus de 20 ans, sur
différents types de matériaux y compris les fondations de chaussées non-liées. Le FWD est un outil
fiable qui a fait ses preuves et que beaucoup considèrent comme un outil de référence pour les
autres essais dynamiques de plaque.
Le FWD peut ne pas être adapté lors du suivi des chaussées et des terrassements en
construction et notamment lorsque la zone d’essais est difficilement accessible pour le véhicule ou la
remorque ou lorsque l’échelle et la fréquence des essais font de son utilisation une solution peu
économique. De plus du fait de son coût et de sa sophistication, le FWD est peu adapté à l’évaluation
des couches de forme et de fondation car elles sont soumises à des contraintes de service
appartenant à l’extrémité inférieure du spectre de contraintes du FWD. Par conséquent, l’évaluation
du « bassin » de déflexion n’est plus fiable (Fleming, Frost, & Lambert, 2006).
20
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Remarque :
Le « bassin » de déflexion désigne la forme prise par la déflexion au cours du temps lors de
l’impact d’une masse sur le sol. L’allure de cette courbe est bien celle d’un col, d’une cuvette ou d’un
bassin.
Depuis quelques années, des recherches ont été menées dans l’utilisation des PFWDs sur des
structures complètes de chaussée dans une optique lucrative. Le nombre de PFWDs et d’expériences
aux USA est en train d’augmenter Fleming, Frost, & Lambert (2006).
La recherche entreprise actuellement par différents laboratoires a pour but de déterminer si
les PFWDs peuvent assumer un rôle de contrôle des seuils réglementaires ou normalisés dans les
normes existantes afin de légitimer l’utilisation des PFWDs au lieu de dispositifs plus encombrants
(essais à la plaque et FWD).
Le LFWD est un instrument disponible depuis plusieurs années. Il précède de peu
l’introduction sur le marché des autres PFWD :
Transport Research Laboratory (TRL) Foundation Tester (développé par l’université
Loughborough - Grande-Bretagne) (TFT)
Natural Vibrations Method (NVM)
German Dynamic Plate (fabriqué par Zorn - Allemagne) (GDP)
Soil Stiffness Gauge (développé par Humboldt – USA) (SSG)
Loadman (développé et commercialisé par AL-Engineering Oy - Finlande)
dispositif ODIN (développé par Geotechnics Ltd et l’université Loughborough - Grande-
Bretagne)
Clegg Impact Hammer (développé par SD Instrumentation – Grande-Bretagne)
Prima 100 (développé et commercialisé par Keros Technology puis par Carl Bro Pavement-
Consultants et enfin par Grontmij - Danemark)
Remarque :
Le lecteur est invité à consulter l’ANNEXE I pour obtenir une présentation succincte des outils
précédents mais aussi d’autres méthodes d’essais évoquées plus loin dans le rapport.
Ces outils se caractérisent par la durée d’impulsion provoquée par la chute de la masse et par
l’intensité de la charge maximale (ou la pression de contact). Ils partagent cependant le même
principe de fonctionnement.
Le dispositif ODIN, qui est encore à l’état de prototype, et le Clegg Hammer sont deux
instruments basés sur des tests d’impacts non amortis. Le SSG et le NVM, qui est lui aussi un
prototype, sont des instruments de taille réduite qui mesurent la réponse à des impulsions à faible
énergie sur une gamme de fréquence. Le Loadman et le GDP sont basés sur la mesure de la réponse
à des impacts amortis d’une masse tombante sur une platine. L’originalité du Loadman est de
présenter un système hermétique où la masse tombante et la tige de guidage sont isolées de
l’environnement par un carter. Cependant ces deux appareils interprètent l’impact en utilisant un
accéléromètre au lieu d’un capteur d’effort qui lui mesure directement l’effort appliqué. Il s’avère
21
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
qu’en utilisant un accéléromètre, les valeurs de déflexion sont moins fiables. Le TFT est un prototype
de recherche développé en 1992.
Il est en tout point similaire au LFWD excepté le fait qu’il est doté d’une platine plus lourde.
Depuis l’année 2000, le TFT a été employé par la recherche sur les chantiers alors que le LFWD
devenait l’essai de plaque adopté par toutes les entreprises en GB (ce dernier ne fut présenté que
récemment dans Interim Advice Note 73/06 (2006). Bien que chaque instrument présente des
avantages et des inconvénients, le LFWD s’est distingué comme l’outil le plus acceptable du fait de sa
flexibilité par rapport au protocole de test. En effet, le LFWD s’accompagne d’une variabilité des
facteurs suivants :
platines de chargement de différents diamètres
intensité du chargement
collecte des informations
De plus le LFWD simule l’influence d’une charge d’essieux courante en termes d’intensité et
d’aire d’influence Lambert (2007). Par ailleurs, son principe de fonctionnement est emprunté au FWD
à deux exceptions près afin d’assurer la portabilité du LFWD: une durée d’impulsion réduite et une
force maximale applicable plus faible (masses lâchées moins importantes).
1.2.2. Principe de fonctionnement du LFWD
Ces outils appliquent une charge d’impact sur la surface de structure. La masse positionnée à
une certaine hauteur sur la tige de guidage, est lâchée (voir figure 5). L’impact sur la plaque de
chargement génère une impulsion d’une durée de 15 à 20 ms. Selon Fleming, Frost, & Rogers (2000),
La charge ainsi appliquée par le LFWD peut selon le mode opératoire varier de 1 à 15 kN, i.e. jusqu’à
une contrainte de 200 kPa avec la plaque de diamètre 300 mm. La force appliquée et les
déformations induites dans la chaussée sont alors mesurées simultanément. Il est à noter que les
géophones ne mesurent pas ces déformations mais la vitesse de déplacement du sol en place. Le
géophone intègre la vitesse de déplacement afin d’obtenir la déformation.
22
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 5 : Chute de la masse (source : www.pavement-consultants.com)
La mesure du profil de la déflexion et de la charge d’impact permet d’estimer un « module
composite » E apparenté au module réversible (voir 1.3.1.). Il est dit « composite » car le LFWD
renseigne uniquement la rigidité de l’ensemble de la structure sollicité par un essai, i.e. il ne peut
distinguer le module de différentes couches superposées. Le module mesuré par le LFWD est parfois
nommé « module de surface » (Fleming, Frost, & Lambert, 2006). Le module composite est calculé à
partir de la théorie de Boussinesq en faisant l’hypothèse d’un chargement constant.
Le module composite est obtenu suivant la formule suivante :
(1)
Avec
E : module composite (MPa)
A : facteur de rigidité de la plaque donné dans 1.3.2.2.
Q : la pression de contact sous la plaque de chargement (kPa)
a : le rayon de la plaque de chargement (mm)
d : la déflexion au centre de la plaque de chargement (μm)
ν : le coefficient de Poisson
A l’aide de deux capteurs additionnels (voir figure 6), les modules E2 et E3 peuvent être
déterminés à partir des déformations mesurées par le géophone et l’espacement entre le géophone
et la plaque de chargement. Ces modules représentent l’état de déformation des couches plus
profondes. Ils sont calculés à l’aide de l’équation suivante:
(2)
Avec
23
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
E2,3 : le module composite (MPa)
d2,3 : la déformation sous le deuxième ou troisième géophone (mm)
r2,3 : la distance entre le deuxième ou troisième géophone et le centre de la plaque de
chargement (mm).
Figure 6 : Géophones supplémentaires (source : www.pavement-consultants.com)
Remarque :
Il convient d’être prudent lors de l’interprétation des mesures de déflexion. En général, le
logiciel de traitement des informations intègre le signal du géophone (capteur de vitesse) afin de
déterminer la valeur maximale de déflexion (le pic de déflexion). Ce traitement de la déflexion
conduit à deux conséquences. Premièrement, il s’avère que durant l’essai, le pic de déflexion peut se
produire à un autre instant que le pic de la charge (voir figure 7). Ce phénomène est d’autant plus
marqué pour les matériaux ayants une faible rigidité. Deuxièmement, la déflexion maximale peut
inclure une déformation permanente ou soit une composante permanente, qui vient s’ajouter à la
déflexion élastique. Ce phénomène dépend de la « résistance » du matériau testé ainsi que de l’état
de surface entre le pied du géophone et le matériau testé.
24
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 7 : Exemple d’une mesure au LWD en laboratoire (source : Fleming et al (2006))
1.2.3. Avantages
Les avantages procurés par l’appareil sont les suivants (les 8 derniers sont des avantages
allégués par l’entreprise fabricante « Carl Bro ») :
Accès à des zones exigües impropres à l’utilisation de l’essai de plaque statique ou du
FWD
Essai non destructif
Grande flexibilité dans la contrainte appliquée (il est possible de faire varier : la masse, la
hauteur de chute et le diamètre de la plaque de chargement)
L’appareil ne doit pas être calibré pour chaque matériau différent
Prise en compte de la nature du sol grâce à la possibilité de modifier le coefficient de
Poisson et au facteur de distribution des contraintes.
Mesures rapides in situ
Optimisation des résultats
Simple d’utilisation et léger (26 kg)
Sûr
Enregistrement continu de la charge et des déformations
Configuration et calibration enregistrées dans le boîtier électronique
Système d’exploitation standard: Windows
Elaboré par des spécialistes (Grontmij) avec plus de 25 ans d’expérience dans l’utilisation
du FWD
25
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.3. Théorie
1.3.1. Le comportement du sol
Il existe plusieurs termes afin de parler de résistance d’un matériau à une déformation. Avant
de parler de module d’élasticité ou de module d’Young d’un sol, il faut déjà évoquer la notion de
module résilient.
La figure 8 illustre le comportement d’un matériau granulaire en contrainte/déformation, où
une partie εr est la déformation réversible ou résiliente et l’autre partie est εp, une déformation
plastique ou permanente.
Figure 8 : Relation contrainte/déformation d’un matériau granulaire (source : Suarez (2008))
Le module réversible est défini comme suit :
(3)
Avec
Mr : Module réversible (MPa)
σd : Contrainte déviatorique (MPa)
Selon (Suarez, 2008) : « Les couches granulaires des chaussées se comportent d’une façon
non linéaire et présentent une réponse élastoplastique dépendante du temps sous l’action du trafic,
qui complique la caractérisation et la modélisation de leur comportement mécanique. »
Une fois cette définition établie, il apparaît donc que les modules calculés à partir d’essais à
la plaque ou au FWD contiennent une partie plastique. Lambert (2007) s’accorde à dire qu’il est
possible d’approximer ce module réversible par les modules composites mesurés à l’aide des PFWDs.
26
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.3.2. Les contraintes produites par des plaques
1.3.2.1. La zone d’influence
La contrainte créée par une plaque circulaire de diamètre B, se diffuse dans le sol suivant un
bulbe de pression (voir figure 9). Ce bulbe de pression est illustré par la zone de contraintes
significatives qui représente l’ensemble des équipotentielles de la contrainte verticale transmise au
sol par la plaque. Cette zone est délimitée par l’équipotentielle des contraintes égales à 10% de la
contrainte totale.
La hauteur de cette zone est proportionnelle à B. Selon la théorie de Boussinesq (1885), dans
un milieu semi-infini de matériau élastique homogène et isotrope, une charge statique crée une zone
de contraintes significatives d’une hauteur de 1,5 à 2.B. Il est à noter que ce précédent critère est
retenu par Lambert (2007) malgré la nature dynamique de l’essai au LFWD. Selon Whitelow (2001),
cette zone s’étend horizontalement d’une longueur de 0,9.B depuis le centre de la plaque.
Cependant Fleming & Rogers (1995) suggèrent qu’une application plus rapide de la charge diminue la
profondeur d’influence. Selon Nazzal, Abu-Farsakh, Alshibli, & Mohamed (2004), la profondeur
d’influence est de 1,5.B. D’après une autre étude Peterson, Siekmeier, Nelson, & Peterson (2006), la
profondeur d’influence est comprise entre 100 et 300 mm, i.e. inférieure à un diamètre de plaque.
Selon Lambert (2007), il est évident que la profondeur de la zone de contraintes significatives
est variable. Dans un matériau homogène, la profondeur est comprise entre 1.B et 2.B. Cependant
dans un échantillon constitué de plusieurs couches de matériaux, où la couche supérieure est plus
épaisse que la couche inférieure, la profondeur de cette zone dépend de la rigidité et de l’épaisseur
des matériaux.
Le bulbe de pression étant par ailleurs défini comme l’ensemble des équipotentielles de la
contrainte verticale, si l’intensité de la contrainte appliqué sous la plaque augmente (i.e. si l’effort
généré est plus grand), il est certain que le bulbe d’influence s’étendra verticalement.
Figure 9 : Zone de contraintes significatives (source : Lambert 2007)
27
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Avec
x égal à 0,9.B
y variant de 1,5 à 2.B (Théorie de Boussinesq)
1.3.2.2. Le calcul du module
La distribution des charges d’une plaque circulaire change selon la nature de la plaque ou la
nature du matériau. Il est à noter que les calculs suivants sont faits à partir des hypothèses de la
théorie de Boussinesq (soit un massif semi-infini de matériau élastique homogène et isotrope). Il est
convient de distinguer les cas suivants :
Plaque flexible
Plaque rigide
Sol fin
Sol grossier
Sous une plaque flexible (LFWD), la distribution des contraintes q, est uniformément répartie
(voir figure 10).
Figure 10 : Distribution de contraintes et bassin de déformation d'une plaque flexible (source : Sveinsdottir (2011))
Et la déflexion df, sous le centre de la charge q (distribué sur un rayon de a) est :
(4)
Dans le cas d’une plaque rigide (lors d’un essai à la plaque statique notamment), la
distribution de contraintes est parabolique (voir figure 11).
28
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 11 : Distribution de contraintes et bassin de déflexion d'une plaque rigide (source : Sveinsdottir (2011))
La distribution des contraintes est donnée par (Foster & Ahlvin, 1954) :
(5)
Avec
r, la distance entre le point de calcul et le centre de la charge
La déflexion dr, obtenue est la suivante :
(6)
A partir de ces formules de déflexions et de l’approximation, , le lecteur retrouve
l’équation (1) :
(1)
Avec le coefficient correcteur A qui adopte les valeurs suivantes selon la nature de la plaque
ou du matériau ausculté :
Pour une plaque flexible :
Pour une plaque rigide :
Remarque :
Pour des matériaux fins et grossiers, les distributions de contraintes sous la plaque sont
respectivement paraboliques-concaves et paraboliques-convexes (voir figure 12).
29
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 12 : Distribution de contraintes dans les sols fins et grossiers
Si la distribution des contraintes des sols fins présente une allure similaire à la distribution
théorique de la contrainte, il n’en va pas de même pour les sols grossiers. Ullidtz (1998) a déterminé
deux coefficient de correction A différents afin d’intégrer la nature du sol dans le calcul du module :
Pour un matériau fin :
Pour un matériau grossier :
En guise de conclusion, les différents guides, normes et manuels d’utilisations sur le LFWD
recommandent d’employer un coefficient correcteur de 2 excepté lors d’une tentative de corrélation
du LFWD et de l’essai à la plaque statique où il est intéressant de considérer la plaque du LFWD
comme rigide. Cette dénomination de « plaque flexible » ou de « plaque rigide » renvoie au
monolithisme des dispositifs d’essai. Il est entendu que les plaques du LFWD et de l’essai à la plaque
sont rigides du fait de leur nature métallique. Cependant, le diamètre et la masse des plaques mis en
jeu ne sont pas les mêmes pour les deux essais.
Les coefficients correcteurs évoqués par Ullidtz (1998) sont quant à eux très rarement
mentionnés dans les publications ayant trait au LFWD.
Sols grossiers Sols fins
30
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.4. Description
Le lecteur est invité à consulter l’ANNEXE II : fiche produit du Prima 100 pour une synthèse
de la description et du fonctionnement de l’appareil.
La description des éléments suivants fait référence à la figure 13.
Figure 13 : Schéma indicé d'un LFWD (source : Fleming et al (2006))
1. Plaque ou platine de chargement
Il existe trois diamètres de plaques de chargement : 100, 200 et 300 mm.
2. Ports de communication
Les ports de communications peuvent accueillir des géophones supplémentaires.
3. Géophones
Ce sont des transducteurs qui mesurent la vitesse du sol puis intègrent cette valeur pour
obtenir la déflexion. Ils ont une résolution de 1 μm et une précision de l’ordre de 2%. Ils peuvent
mesurer des déformations maximales de 2000 μm. Deux géophones supplémentaires peuvent être
employés pour mesurer le déplacement radial des ondes d’impulsion.
1
2
4 3
5 6
7
8
9
31
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
4. PDA (Personal Digital Assistant)
Le PDA affiche les valeurs de contraintes et déflexions en fonction du temps ainsi que la force
d’impact.
5. Capteur de force
Il a une résolution de 0.1 kN et une précision de l’ordre de 1%.
6. Coussinets en caoutchouc
Les coussinets en caoutchouc qui communiquent l’effort lors de la chute de la masse sont
présents sur la machine au nombre de 2, 3 ou 4.
7. Masse tombante
La masse tombante est une masse mobile. Les masses suivantes sont disponibles : 10, 15 et 20 kg.
8. Tige de guidage
Le LFWD possède une gamme de hauteur de chute allant de 10 mm à 850 mm.
9. Dispositif de retenue
Le dispositif permet de fixer la hauteur de chute et de maintenir/lâcher la masse.
32
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.5. Facteurs
Les facteurs influençant la qualité de la mesure sont nombreux. Il est cependant possible de
distinguer ceux qui relèvent de l’appareil lui-même et ceux qui sont fonction de l’environnement et
du matériau.
1.5.1. Facteurs dépendants du Prima 100
1.5.1.1. La masse
Steinert (2005) a constaté lors d’essais sur des chaussées que le module composite diminue
si la masse augmente.
Remarque :
Tous les résultats empruntés à Steinert (2005) et présentés dans ce mémoire proviennent
d’essais effectués sur chaussées. Les structures auscultées sont présentées dans l’ANNEXE III.
1.5.1.2. La hauteur de chute de la masse
Steinert (2005) a évalué l’influence de la hauteur de chute de la masse sur le module
composite mesuré sur une couche d’enrobé. Les résultats de son étude sont disponibles dans le
tableau 1. Il est possible d’inférer que le module composite diminue lorsque la hauteur de chute
diminue car la diminution de la hauteur de chute implique la diminution de la profondeur d’influence
et de l’intensité de l’effort appliqué. Cependant, plus l’épaisseur de la couche d’enrobé augmente,
moins l’influence de la hauteur de chute est grande dans le cas d’un mesure sur chaussée.
Tableau 1 : Influence de la hauteur de chute sur le module composite pour des épaisseurs différentes d'enrobés (source : Steinert (2005))
33
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.5.1.3. Nombres de lâchers
Steinert (2005) s’est intéressé à la question de l’influence du nombre de lâchers sur le
module du LFWD. Afin d’évaluer cette influence, Steinert a procédé à six lâchers par mesure sur 3
sites différents associés à trois hauteurs de chutes différentes. Les résultats sont présentés dans le
tableau 2. Tout comme Steinert (2005), différents auteurs ont remarqué que le premier lâcher
produit des valeurs de module plus faibles. Ainsi, la première valeur est toujours négligée. Le module
mesuré est la moyenne des valeurs données par les lâchés subséquents.
Tableau 2 : Comparaison de la première, de la seconde et de la troisième mesure avec des mesures successives (source : Steinert (2005))
1.5.1.4. Le diamètre de la plaque
Pour évaluer les conséquences de différentes dimensions de plaque, Lin, Liau, & Lin (2006)
ont employé deux diamètres de plaques : 100 et 300 mm. Les essais ont été menés sur une couche
unique de sol non remanié (3 type de sols testés : sable argileux, sable et gravier et sable). Les
valeurs E2 et E3 sont les modules calculés à partir de géophones supplémentaires situés
respectivement à une distance D2 et D3 du centre de la plaque de chargement.
Les résultats sont présentés dans le tableau 3. Lin, Liau, & Lin (2006) ont constaté que le
module ELFWD (noté E0 dans le tableau 3) déterminé à l’aide d’une plaque d’un diamètre de 100 mm
est 8 à 9 fois plus grand que le module ELFWD déterminé à l’aide d’une plaque de diamètre 300 mm.
De plus, pour un diamètre de 100 mm, ELFWD est deux fois plus grand que les modules E2 et E3 alors
que pour un diamètre de 300 mm, l’écart entre ELFWD, E2 et E3 n’est que de 20%.
Cette même étude a mis en évidence que l’écart entre la déflexion mesurée et la déflexion
obtenue par retro-calcul à l’aide du logiciel MODULUS 5.1 diminue lorsque le diamètre de la plaque
augmente (pour un diamètre de 100 mm, l’écart est de 33% pour 8.5% avec un diamètre de 300mm).
En règle générale, le module composite diminue lorsque le diamètre de la plaque augmente.
34
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Par conséquent plus le poids de la masse et le diamètre diminuent, plus grande est
l’influence de la partie supérieure de la couche. A contrario si ces deux facteurs augmentent, la
profondeur d’influence augmente aussi. Par conséquent, le module composite mesuré est plus petit.
Tableau 3 : Effets des dimensions de la plaque (source: Lin et al (2006))
1.5.1.5. Température des coussinets en caoutchouc
La température est un facteur influant sur la dilatation des coussinets en caoutchouc et de
facto sur les efforts transmis à la plaque de chargement. Fleming, Frost, & Lambert (2006) ont évalué
le comportement de ces coussinets portés à trois températures différentes. Les conditions de
l’expérience sont les suivantes :
utilisation du Prima 100
essai réalisé sur un sol rigide, i.e. ELFWD = 2440 Mpa (laboratoire – emplacement pour
calibration)
masse lâchée à une hauteur fixe
utilisation de deux coussinets
manipulation répétée dix fois pour chaque mesure
Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 4.
Tableau 4 : Effet de la température des coussinets en caoutchouc sur le module calculé (source: Fleming et al (2006))
35
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Le seul changement notable apparaît au niveau du temps de l’impulsion de l’impact qui
augmente lorsque la température augmente. Les coussinets « s’adoucissant » avec l’accroissement
de la température, il est logique d’obtenir un tel résultat malgré la marginalité de l’écart.
1.5.2. Facteurs dépendants du matériau
La nature du sol est un facteur très important dans la fiabilité des modules mesurés par les
PFWDs. Plusieurs auteurs ont déjà souligné que pour chaque position d’essai différente, le module
change. A la nature du sol, il faut ajouter la qualité de contact entre le matériau et l’appareil comme
facteur influençant la qualité des mesures.
1.5.2.1. Coefficient d’uniformité et forme des grains
Le coefficient d’uniformité Cu illustre la calibration d’un sol. Afin de présenter ce paramètre,
les valeurs suivantes spécifient le lien entre Cu et sol :
Cu=1 : un sol composé de grains d’un seul diamètre
Cu=2 ou 3 : un sol mal calibré (sable de plage)
Cu=15 ou + : sol bien calibré
Un sol bien calibré nécessite une énergie de compactage moindre qu’un sol mal calibré.
Steinert (2005) a remarqué que les granulats à arêtes vives produisent un module composite
plus élevé que les granulats arrondis. Steinert conclut en précisant qu’un sol avec un Cu important et
des granulats à arêtes vives, présente une valeur de module composite élevé.
1.5.2.2. Présence d’éléments plus grossiers
La présence de larges particules rocheuses influe sur les modules mesurés. En effet, la
présence de ces granulats se traduit par des valeurs ponctuelles de module très élevées. Ainsi une
courbe représentant les différents modules obtenus en fonction de l’emplacement de l’essai fera
apparaître des pics locaux (Gros, 1993).
Les granulats de grande dimension augmentent les modules des matériaux présents dans le
bulbe d’influence de l’appareil.
36
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.5.2.3. La pression des pores
Steinert (2005) a évalué les effets produits par différentes manipulations du Prima 100. 5
opérateurs se sont prêtés à l’expérience sur 5 points d’essais différents (sols testés identiques).
Steinert (2005) a observé que le module obtenu par le premier opérateur (premier essai) était
supérieur au module obtenu par le deuxième opérateur. Pour un même point d’essai, l’auteur a
observé une décroissance du module au fur et à mesure que les opérateurs réalisaient les mesures.
L’auteur de la présente étude a avancé que cette diminution du module est due à
l’accroissement local de la pression des pores au sein du sol – cet accroissement étant provoqué par
un compactage soutenu. Les mesures se déroulant successivement et en peu de temps au même
endroit, la pression des pores ne peut se restaurer conduisant ainsi à une diminution du module du
sol.
1.5.2.4. Les matériaux « stress-dependent »
La plupart des matériaux employés pour le remblaiement, le terrassement ou la confection
des couches de sous-fondations et de fondations sont « stress-dependent » à des degrés différents,
i.e. leur module réversible évolue en fonction des contraintes qui leurs sont appliquées. C’est pour
cette raison que la valeur mesurée varie souvent avec la hauteur de chute et donc la contrainte qui y
est associée. Selon Heczko (2009), les matériaux granulaires sont positivement « stress-dependent ».
Autrement dit, le module composite augmente avec la contrainte jusqu’à atteindre une valeur
constante.
Les sols fins ou cohésifs sont plus problématiques. Leur comportement est illustré par la
figure 14. Le module composite diminue en fonction de la pression de contact jusqu’à un minimum
avant de se stabiliser (ou de connaître une légère hausse). Heczko (2009) avance que les sols fins
changent de caractéristiques et deviennent négativement « stress-dependent » une fois ce seuil
pression (appliquée) dépassé.
Figure 14 : du module composite d'une argile (source: COWI A/S (2005))
37
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Il est donc possible selon l’allure de la courbe (pression de contact, module) de déterminer la
nature du matériau. Dans le cas des matériaux traités, le module devrait être constant pour une
gamme de pression croissante jusqu’à la rupture du matériau à partir de laquelle le module
diminuerait.
1.5.2.5. L’état de déformation du sol
Selon Kamiura, Sekine, Abe, & Maruyama (2000), le module dépend de l’état de déformation
de la surface sous la plaque chargée. De plus, les valeurs de module restent relativement les mêmes
pour chaque matériau si le niveau de déformation est compris entre 10-4% et 10-3%.
1.5.2.6. L’existence de fissures
Selon Seyman, (2003), les valeurs mesurées avec le LFWD sont persistantes si l’essai est
reconduit au même endroit. Cependant, si l’essai est effectué à un autre endroit pour une même
zone d’essai, des changements non négligeables de ces valeurs peuvent se produire.
La présence de fissure dans le sol et notamment dans les sols traités au ciment diminue les
valeurs mesurées par les PFWDs (mais aussi l’uniformité du sol). L’influence de ces fissures est peu
importante pour le Prima 100.
Remarque :
Seyman (2003) a réalisé l’intégralité de ces essais en laboratoire. Les différents matériaux
auscultés sont énumérés dans l’annexe IV.
1.5.2.7. La rigidité du sol
Dans le cas des essais sur couches de roulement, un autre phénomène est mis en cause dans
la surévaluation des modules mesurés par les PFWDs. En effet, la rigidité de l’enrobé au même titre
que l’épaisseur de la couche d’enrobé dope les valeurs de modules (autrement dit, il existe une limite
supérieure de mesure réalisé par le géophone, voir 2.2.5.). Selon Fleming, Frost, & Lambert (2006),
plus la rigidité du matériau sous l’appareil est grande, moins les couches inférieures sont sollicitées
par le chargement.
38
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.5.2.8. Influence du gel/dégel
Lors d’essai sur des couches de roulement, Steinert (2005) a observé que le module
composite adopte des valeurs élevées quand la chaussée est gelée et lorsque la période de dégel
commence à se manifester. Puis le module diminue quand le dégel progresse. A la fin de la période
de dégel, le module composite atteint un minimum car l’eau en excès est drainée et transportée
dans la couche de fondation et dans la PST.
Par ailleurs, Steinert (2005) fait remarquer que le module composite suit les fluctuations de
la température de l’air qui impacte sur la quantité de chaleur dans la chaussée et donc sur le cycle de
gel/dégel.
Ces phénomènes se produisent sur les chaussées avec des couches de roulement en enrobé
et sur des couches de gravier. Il est à noter que sur les couches de gravier, l’influence du gel/dégel
est accentuée. Du fait de l’uniformité de ce matériau, le module mesuré est plus important.
1.5.2.9. Epaisseur de la couche mesurée
Ce facteur pose la question de la zone d’influence du PFWD employé afin de déterminer une
valeur fiable du module du sol. L’épaisseur des couches de sol impacte grandement la valeur des
modules mesurés pour des essais sur des corps de chaussées ou plus simplement des systèmes
multicouches.
Ainsi de nombreux chercheurs ont constaté que les PFWDs produisent des modules plus
élevés que d’autres instruments et notamment que le FWD lors d’essais sur des chaussées. Le bulbe
d’influence d’un PFWD est moins étendu que celui d’un FWD puisque les charges appliquées sur le
sol sont plus faibles avec un PFWD qu’un FWD, i.e. que la durée d’impulsion est moins grande (NB :
La durée d’impulsion du FWD est de 35 ms alors que celle du Prima 100 est de 15 à 20 ms).
Autrement dit, seule la couche supérieure est chargée. Les valeurs de modules mesurés par les
PFWDs sont donc dopées par la couche de roulement en enrobé. Gros (1993) a observé que les
valeurs du Loadman étaient 20 à 30% supérieures à celle du FWD. Whaley (1994) a observé des
différences entre modules de l’ordre de 200 MPa.
D’une manière générale, la contribution d’une couche directement sous l’appareil est
d’autant plus importante qu’elle est épaisse. Plus celle-ci sera fine, plus les couches inférieures
contribueront à la valeur du module mesuré. Une application simple de ce principe est l’évolution du
coefficient de corrélation entre les modules des LFWD et FWD. Si l’épaisseur de la couche d’enrobé
diminue lors de la mesure du module d’un chaussée, alors le coefficient de corrélation augmente
(voir équation 13 et 14 du chapitre 1.6.3.).
Livneh (1997) a mis en évidence que les efforts provoqués par le chargement dans les
couches plus profondes sont fonction du ratio entre l’épaisseur des couches et le rayon de la plaque.
Cependant malgré l’écart entre les modules, leurs évolution en fonction de la position de
l’essai est identique que ce soit pour les PFWDs ou pour le FWD.
39
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Remarque :
Pour des essais sur des chaussées dont la couche de roulement est de faible épaisseur, les
chercheurs ont pu obtenir de bonnes corrélations entre divers appareils de mesure (Fleming, Frost, &
Lambert, 2006).
1.5.2.10. L’état de la surface de contact entre le sol et la plaque de chargement
Lambert (2007) a récemment investigué l’influence de la qualité de l’interface sol-plaque et
l’efficacité de l’interprétation du pic de déplacement par le logiciel du LWD. L’objectif de cette étude
était de savoir s’il était possible de reconnaître un lâché incorrect sur la réponse affichée par le
logiciel (déflexion et contrainte en fonction du temps).
A cette fin, 5 à 10 mm d’une couche bien compactée de 400 mm de roches grossières
concassées ont été retirés en un endroit afin de créer une surface inégale. Le LWD a été disposé à
plusieurs emplacements dans le but d’évaluer des plans de contact peu uniformes. Subséquemment
selon BSI (1999), la zone discontinue a été remplie avec un sable d’une taille nominale de 1.15 mm.
La figure 15 présente deux courbes contrainte-déflexion du dernier des six impacts du LWD. Ce
graphique démontre bien une amélioration de la régularité de la courbe dans le cas du contact
amélioré. Si les données brutes sont observées sur le PDA, le contact de qualité médiocre présente
un pic prématuré de faible amplitude. De plus durant l’essai, des rebonds et un mouvement
horizontal de l’appareil ont pu être observés. D’ailleurs, il était possible d’inférer la mauvaise qualité
du contact à travers les vibrations transmises par le sol à l’appareil au moment de l’impact.
Cependant, le jugement d’un contact « médiocre » est subjectif et l’appréhension de la
qualité d’un impact est difficile. Dans ce cas, par exemple, le module composite en cas de
« mauvais » contact était de 75 MPa et en cas de « bon » contact, était de 145 MPa. Sur site, une
telle variabilité n’est pas inconnue, et l’appréciation de tels résultats selon les spécifications des
appareils n’est pas évidente. Cet exemple est un cas extrême qui met cependant en exergue la
nécessité d’examiner ce type de réponse et de développer une routine au sein du logiciel des
appareils afin que ceux-ci puissent identifier des impacts de mauvaise qualité.
Remarque :
Durant le développement et l’évaluation du TFT, les mesures sur site présentaient une
mauvaise répétabilité aux endroits où une ségrégation des agrégats se produisait en surface (i.e.
diminution de la quantité de fines).
Le lecteur aura éventuellement remarqué l’absence de partie non-réversible sur la courbe du
contact amélioré. L’absence d’information de la part des auteurs Fleming, Frost, & Lambert (2006)
quant à la nature du matériaux ne nous permet pas d’expliquer ce phénomène. Cependant les
matériaux friables adoptent un comportement élastique.
40
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 15 : Les effets d’un contact inégal et d’un contact amélioré sur les déflections et contraintes mesurées pour une plaque de 300 mm de diamètre (400 mm d’agrégats de roches concassées) (source: Fleming et al (2006))
Une autre considération est l’interprétation de la déflexion maximale et l’utilisation de la
courbe de déflexion en fonction du temps afin de déceler des impacts ou des matériaux de mauvaise
qualité. Le précédent sol a été décapé sur 100 mm puis 100 mm d’un sable légèrement graveleux ont
été disposés en plusieurs couches. Chaque couche a été compactée et des essais au LWD ont été
menés sur chaque couche.
La figure 16 montre les effets d’une compaction croissante sur la couche de sable et sur les
déflexions mesurées. Il est intéressant de noter que le pic de déflexion enregistré (et utilisé pour le
calcul du module d’élasticité) et renseigné par le PDA, est la déflexion maximale, quelle que soit sa
position dans le temps par rapport au pic de contrainte de la charge (l’impulsion provoquée par la
charge apparaît autour des 9 ms). Par conséquent le pic de déflexion considéré pour les calculs pour
chaque essai mené sur : le sol non compacté, le sol compacté par 2 passes et le sol compacté par 4
passes, est le pic se situant à droite du pic plus faible advenant au même instant que le pic de
l’impact de la charge (voir figure 16). Le module composite calculé est alors une valeur plus faible et
erronée. La compaction localisée et insuffisante d’un matériau est une des situations dans lesquelles
les chercheurs Edward & Fleming (2009) recommande de recommencer l’essai à un emplacement
différent (voir fig. 22 dans 2.2.5.).
De plus, ces courbes montrent que la déflexion suivant l’impact est en partie permanente, ce
qui s’observe lorsque l’appareil de mesure est retiré de l’échantillon (voir figure 17). Ceci est
révélateur de la nature du pic de déflexion qui contient une composante permanente et une
composante réversible. Le pic de déflexion représente la déflexion totale sous chargement et non
pas seulement sa composante réversible. Du coup, c’est bien la déflexion totale qui est incluse dans
le calcul du module composite.
41
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Après 6 passes, la courbe de déflexion est plus uniforme quoique les effets apportés par
l’amélioration de la surface de contact, soient bien plus édifiants (i.e. la courbe converge vers 0).
Remarque :
Il est aussi important de noter que le déplacement des pics qui se produit juste après le pic
enregistré est similaire en intensité pour les deux états bien compactés.
Figure 16 : Evolution de la déflexion sur une couche de sable pour un effort croissant de compactage (source: Fleming et al (2006))
1.5.2.11. L’état de la surface de contact entre le sol et les géophones
La figure 17 montre la surface du sable après l’utilisation du LWD. Deux observations
importantes peuvent être faites. Premièrement, il existe une déformation permanente significative
sous la plaque. Deuxièmement, la surface de contact entre le pied du géophone et le sable est
grandement déformée. Cette déformation est provoquée par l’étroitesse du pied du géophone et par
le ressort assez raide qui maintient ce-dernier en contact avec le sol. Cette déformation est souvent
rencontrée sur des sols « souples » et d’autres matériaux granulaires. Cependant le degré de
présence de cette déformation permanente est inconnu dans l’enregistrement de la déflexion lors de
l’impact. Il est préférable d’utiliser un géophone avec un pied d’un plus grand diamètre pour des
matériaux plus meubles. Cette déformation s’observe sur des modèles antérieurs au Prima 100
détenu par Lhoist.
Pics
enregistrés
42
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Cette considération a été prise en compte lors du développement du TFT où le pied du
géophone d’un diamètre de 25 mm a semblé approprié (les anciens LWD étaient dotés de géophones
avec des pieds de diamètres plus grands). Cependant selon Fleming, Frost, & Lambert (2006), des
effets de bords étaient observés sur les granulats les plus larges.
Figure 17 : Effet d’impacts répétés du LFWD sur une couche de sable (déformation permanente sous la plaque et perturbation du sol sous le géophone) (source: Fleming et al (2006))
43
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.6. Corrélations
A l’heure actuelle, de nombreuses campagnes d’essais du LFWD ont été menées par des
laboratoires de recherche afin de déterminer des corrélations avec des essais plus classiques mais
aussi d’autres PFWDS et d’augmenter la crédibilité du LFWD. Il en ressort une vaste gamme de
corrélations. Selon Seyman (2003), pour un même essai, la reproductibilité des modules mesurés est
très faible entre différents PFWDS malgré un principe de fonctionnement commun.
Remarque :
Le lecteur est invité à consulter à nouveau l’ANNEXE I afin de se remémorer le principe de
fonctionnement des appareils cités après.
1.6.1. Corrélation entre LFWD et Clegg Hammer
Whaley (1994) et Pidwerbesky (1997) ont remarqué que les résultats du Clegg Hammer ne se
correllent pas avec les valeurs des PFWDs.
Steinert (2005, voir ANNEXE III) donne la corrélation suivante :
(7)
1.6.2. Corrélation entre LFWD et Dynamic Cone Penetrometer (DCP)
Seyman (2003, voir ANNEXE IV) a déterminé la corrélation suivante sur plus de 136 essais, sur
des sols allant de l’argile à l’argile traité avec du ciment :
(8)
Avec
PR : « Penetration rate », enfoncement par coup (mm/coup)
1.6.3. Corrélation entre LFWD et Falling Weight Deflectometer (FWD)
Steinert (2005, voir ANNEXE III) a observé sur plus de 40 essais différents que le module du
LFWD est supérieur au module du FWD sur les PSTs pour chaque essai. De plus, pour chaque essai, le
module composite du FWD est supérieur à celui du LFWD. Cette supériorité est principalement due à
la pré-charge apportée par le FWD qui est un appareil de mesure imposant. Cette inégalité se
rencontre déjà dans des travaux antérieurs : Gros (1993) et Pidwerbesky (1997).
44
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Fleming, Frost, & Rogers (2000) ont établi trois corrélations après une batterie de 25 essais
sur trois échantillons différents :
1. une couche de 450 mm de matériaux granulaires recouvrant de l’argile limoneuse
2. une couche de 260 mm de matériaux argileux traités à la chaux et au ciment
3. une couche de 225 mm de roches concassées bien calibrées recouvrant une couche de
matériaux granulaires (pour cet échantillon, 169 tests ont été menés)
Les corrélations suivantes sont données dans l’ordre des précédentes structures.
(9)
(10)
(11)
Fleming, Frost, & Rogers (2000) jugent la dernière corrélation peu fiable du fait de l’humidité
du matériau en place et des faibles valeurs de module obtenues. La meilleure corrélation est obtenue
pour l’échantillon 3, i.e. la couche de matériaux traités. L’épaisseur de la couche de matériau
granulaire de la structure 1 est telle que cette couche représente environ
du
bulbe d’influence.
Nazzal, Abu-Farsakh, Alshibli, & Mohamed (2004) aboutissent à la corrélation suivante:
(12)
Nazzal et al (2004) ont établi cette corrélation à partir d’essais réalisés sur 3 chaussées
différentes (US Highway 190, Louisiana State Highway 182, US Highway 61 et Accelerated Load
Facility (ALF) site). La structure de ces différentes chaussées est détaillée dans l’ANNEXE V (N.B :
absence d’informations pour la « US Highway 61 »).
Dans le cadre d’essai sur des chaussées, Steinert, Humphrey, & Kestler (2006) ont étudié
l’influence de l’épaisseur de la couche de roulement sur les corrélations entre LFWD et FWD. Pour
une fine couche d’enrobé, ils obtiennent la corrélation suivante :
(13)
Pour une couche d’enrobé plus épaisse, ils obtiennent la corrélation suivante :
(14)
Il est à noter que si les valeurs de modules trop élevées sont supprimées (i.e. >4000 MPa), le
coefficient R² pour la couche épaisse d’enrobé passe à 0,8. Ces deux corrélations illustrent
parfaitement toute l’importance du bulbe d’in fluence et de la couche dite de « surface ». En effet, le
Falling Weight Deflectometer (FWD) est équipé d’une plaque dont le diamètre est deux fois plus
grand que le diamètre de la plaque du Prima 100. L’étendue du bulbe d’influence du FWD est donc
plus importante. Ainsi dans le cas de la couche d’enrobé plus épaisse, le Prima 100 ne mesure pas un
module représentatif du comportement de toute la chaussée.
45
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.6.4. Corrélation avec d’autres PFWDs
Fleming, Frost, & Rogers (2000) ont mené une étude corrélative entre les dispositifs
suivants : German Dynamic Plate (GDP), TRL Foundation Tester (TFT), LFWD et FWD. Après 25 essais
réalisés sur un échantillon composé d’une couche de 500 mm de matériaux granulaires recouvrant
de l’argile limoneuse, la corrélation suivante est apparue :
(15)
1.6.5. Corrélation entre LFWD et Plate Loading Test (PLT)
Seyman (2003, voir ANNEXE IV) a déterminé les corrélations suivantes sur plus de 136 essais,
sur des sols allant de l’argile à l’argile traité avec du ciment :
(16)
(17)
Cet auteur fait aussi remarquer que le PLT et le LFWD suivent la même évolution.
1.6.6. Corrélation avec le California Bearing Ratio (CBR)
Seyman (2003, voir ANNEXE IV) a déterminé la corrélation suivante sur plus de 136 essais, sur
des sols allant de l’argile à l’argile traité avec du ciment :
(18)
Avec
CBR : « Californian Bearing Ratio »
Selon d’autres auteurs, il n’y a pas de corrélation satisfaisante avec le CBR. Le CBR dont il est
question ici est un essai de laboratoire. In fine, la confection et la mise en œuvre du matériau sont
différentes. La nature même des essais diffère. Ces deux raisons peuvent justifier l’absence de
corrélation.
46
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.6.7. Corrélation avec la densité de compactage et la teneur en eau
Siekmeier, Young, & Beberg (2000) ont mené une campagne d’essai avec notamment un
Loadman. 13 tests ont été réalisés sur un sol contenant du sable, du gravier et moins de 10% de fines.
Il en ressort qu’il n’y a pas de corrélation intéressante entre la masse volumique sèche et les valeurs
de modules.
Steinert (2005, voir ANNEXE III) a observé que les coefficients de corrélation entre la teneur
en eau et le pourcentage de compactage d’une part et le module composite d’autre part, sont divers
tant en quantité qu’en intensité. Cet auteur fait remarquer que la teneur en eau et la masse
volumique sèche sont deux variables loin d’être indépendantes dans une tentative de corrélation
avec le Prima 100. A l’aide d’une régression multilinéaire, il a pu obtenir les coefficients R² suivants :
0.624 et 0.779.
47
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
1.7. Conclusion
Ces dernières années ont vu le développement de plaques dynamiques portables afin de
faciliter l’évaluation de la portance in-situ. Parmi, les différents modèles existants, le Prima 100 ou
LFWD fabriqué par Carl Bro, a déjà fait l’objet de plusieurs études notamment aux Etats-Unis et en
Grande-Bretagne afin d’accréditer cette appareil comme un outil fiable de suivi et de contrôle lors de
la construction de structures de chaussées.
Le principe de fonctionnement de tels appareils consiste à générer une contrainte dans le
matériau étudié suite à l’impact d’une masse tombant sur une plaque métallique. Des capteurs
enregistrent l’effort communiqué au sol et la vitesse de déplacement du sol (qui est ensuite intégrée
pour obtenir la déflexion) afin de pouvoir calculer un module dit « composite » assimilé au module
d’élasticité (réversible).
Les avantages que procure cet outil sont nombreux : légers, simple à utiliser, facilite l’accès à
des zones restreintes … Aux yeux de Steinert (2005) et Nazzal (2003), le LFWD est un instrument doté
d’un grand potentiel comme outil de contrôle-qualité.
Cependant, le calcul du module composite repose sur la théorie de Boussinesq qui prend en
compte un matériau au comportement élastique. Or le sol est un matériau élastoplastique. Il existe
donc un raccourci entre le module réversible (ou élastique obtenue théoriquement) et le module
mesuré puisque ce dernier inclut une part de déformation plastique. De plus, les calculs sont menés
en statique contrairement au fonctionnement dynamique de l’appareil. Reste alors la question
suivante : « Quelle est l’incidence de ce fonctionnement dynamique sur la réponse du sol ? ».
Par ailleurs, le lecteur a pu constater la multiplicité des facteurs qui interviennent dans la
qualité de la réponse apportée par le LFWD. Ces facteurs se divisent en deux sous-catégories selon
qu’ils relèvent de l’appareil ou de la nature du sol. Les facteurs dépendants de l’appareil comme le
diamètre de la plaque retenue ou la hauteur de chute, font varier la profondeur d’influence. Il
convient cependant de distinguer les facteurs relatifs à la nature du matériau qui tronquent les
valeurs comme la présence de fissures, l’existence d’éléments plus grossiers ou bien l’épaisseur des
couches mesurées, des facteurs qui produisent des réponses erronées comme la qualité du contact
entre l’appareil et le sol.
Il existe de nombreuses corrélations entre le LFWD et d’autres appareils. Il est à noter que
seules quelques illustrations représentatives ont été incluses dans ce mémoire. Si le Clegg Hammer
et le CBR se corrèlent difficilement avec le LFWD, d’autres appareils comme la plaque statique, le
DCP ou encore le FWD produisent des corrélations satisfaisantes. Cependant il appartient à
l’opérateur de juger avec circonspection ces corrélations au regard de la nature du matériau et du
protocole de test qui préside à la réalisation des essais.
48
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Chapitre 2 – Etudes expérimentales
2.1. Introduction
Dans la première partie de ce mémoire, l’auteur a abordé l’état de l’art en matière de
déflectomètre léger à masse tombante. Ainsi après avoir présenté le fonctionnement de l’appareil en
détaillant certains principes théoriques, il a répertorié les différents facteurs influençant le
comportement du Prima 100 (le modèle de déflectomètre étudié dans ce mémoire) ainsi que les
différentes corrélations existant dans la littérature scientifique. Ce mémoire aborde désormais,
l’étude empirique de l’appareil en observant son comportement lors des interventions sur site et les
corrélations avec d’autres essais.
Avant toute entreprise expérimentale, l’auteur a du arrêter un protocole d’essai afin de
garantir l’opérabilité et la répétabilité des résultats. L’auteur a pu établir un tel protocole en
recoupant les normes et guides existants ainsi que ses observations sur chantier. La rédaction d’un
tel protocole soulève de nombreuses interrogations au sujet des conditions climatiques favorables à
la réalisation d’un essai, de la configuration du Prima 100 selon les objectifs des opérateurs, du
nombre de lâchers à effectuer… Les premières interventions sur site ont notamment permis
l’affinage de ce protocole d’essai.
Ce mémoire se conclue par l’étude de trois sites sur lesquels Lhoist a pu réaliser des essais
avec le Prima 100 : la planche d’essai de Quenast, la digue de Rouen et le chantier de Lessines.
L’auteur n’a pu se rendre que sur le dernier site du fait de l’antériorité des deux premières
interventions à son arrivée au sein du groupe Lhoist. Le La digue de Rouen et la planche d’essai de
Quenast, de par leur nature expérimentale, ont accueilli des essais de natures diverses contrairement
au chantier de Lessines sur lequel seuls des essais à la plaque statique belge, à la plaque dynamique
allemande (GDP) et au Prima 100 ont été réalisés.
Remarque :
Les différents essais que le lecteur pourra rencontrer au gré du mémoire sont brièvement
présentés dans l’ANNEXE I.
49
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.2. Protocole d’essai
Afin de mener une étude expérimentale rigoureuse, il convient d’établir un protocole d’essai.
Les normes et différents guides existants présentent des protocoles divers qu’il est nécessaire de
confronter.
La normalisation des essais aux PFWDs s’est développée à partir des années 2000. Une
décennie après, l’état de l’art reste embryonnaire. Si l’utilisation du Prima 100 est réglementée dans
les pays anglophones et tout particulièrement les Etats-Unis et la Grande Bretagne – l’Allemagne et
l’Autriche réglementant l’utilisation de la German Dynamic Plate (GDP), il en va tout autrement en
France ou en Belgique où l’engouement pour le Prima 100 n’a pas suscité de telles tentatives. Face à
la popularité grandissante de ces nouveaux outils, deux chercheurs britanniques Edward & Flemming
travaillent à l’élaboration d’un guide de « bonne utilisation » du Prima 100 depuis 2009. L’entreprise
Grontmij (produisant les Prima 100) a elle aussi élaboré un guide similaire (voir Heczko, 2009). La
« Highways Agency » en Grande-Bretagne et le Centre de Recherches Routières (CRR) en Belgique
ont récemment entrepris la création de base de données.
A l’aide de ce bilan du paysage réglementaire, l’auteur de ce rapport a pu dégager un
protocole recoupant le plus d’exigences et intégrant les dernières avancées.
Remarque :
Les normes et guides d’utilisation employés pour la rédaction de ce protocole sont les
suivants :
Association, R. a. (2003). Tp BF - StB Teil 8.3. Dynamischer Plattendruckversuch mit
Leichtem Fallgewichtsgerätes. ALLEMAGNE
ASTMInternational. (2007). ASTM 2583-07. Standard Test Method for Measuring
Deflections with a light Weight Deflectometer (LWD). ETATS-UNIS D’AMERIQUE
ASTMInternational. (2011). ASTM 2835-11. Standard Test Method for Measuring
Deflections using a Portable Impulse Plate Load Test Device. ETATS-UNIS D’AMERIQUE
BSI. (1999). British Standard 5950. Code of Practice for Site Investigation. ROYAUME-UNI
CRR. (2013). Les routes durables. Production, mise en oeuvre et contrôles. BELGIQUE
Edwards, & Fleming. (2009). LWD Good Practice Guide - Draft 9. ROYAUME-UNI
Forschunngsgesellschaft, Ö. (2008). RVS 08.03.04. Compaction Control by Means of
Dynamic Plate Loading Test. AUTRICHE
Heczko. (2009). In-Situ Quality Control of Pavement Material Stiffness - Introduction to
Prima 100 Light Weight Deflectometer. Enviroad 2009. DANEMARK
HighwaysAgency. (2006). Interim Advice Note 73/06. Design Guidance for Road
Pavement Foundations - (Draft HD 25). ROYAUME-UNI
50
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Institute, D. R. (2007). prVI 90-4:2007. Determination of surface modulus with Light
Weight Deflectometer. DANEMARK
Local Road Construction Working Committee. (1997). ZTVA-StB 97. Supplementary
Technical Terms and Conditions of Contract and Guidelines for Excavations and Digging-
up in Traffic Areas
Il est à noter que la norme allemande TP – BF StB Teil 8.3 (2003) et la norme autrichienne
RVS 08.03.04 spécifient le fonctionnement et le protocole d’essai de la GDP.
De plus, il n’existe pas de normes françaises ou belges réglementant l’utilisation des
déflectomètres légers.
2.2.1. Choix des équipements
Plaque métallique
Lhoist dispose de deux plaques de diamètres respectifs : 200 et 300 mm. Dans la plupart des
cas, il convient d’utiliser la plaque de 300 mm de diamètre. La plaque de 200 mm est à réserver pour
l’auscultation de couches isolées rigides puisque :
La profondeur du bulbe d’influence diminue
La pression de surface augmente
Figure 18 : Plaques de diamètre 200 mm à gauche et de diamètre 300 mm à droite (source : Lhoist (2013))
Masse tombante
Lhoist dispose d’une masse de 10 kg et d’une masse supplémentaire de 5 kg. Les normes et
les guides présentent le Prima 100 équipé d’une masse de 10 kg. La GDP est équipé d’une masse
définitive de 10 kg. Afin de pouvoir corréler le Prima 100 avec la GDP, il est conseillé d’employer la
masse de 10 kg. Une masse de 15 kg est à réserver pour les auscultations de structures multicouches
car la profondeur d’influence varie avec l’intensité de la charge appliquée.
51
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 19 : Masses tombantes de 10 kg à gauche et de 5 kg à droite (source : Lhoist (2013))
Hauteur de chute
La tige de guidage du Prima 100 est marquée de 3 rainures qui indiquent 3 hauteurs de chute
différentes. Lors de l’évaluation de la « stress-dependency » du matériau, il est nécessaire de réaliser
des lâchers à partir d’hauteurs de chutes croissantes. Dans le cadre de cette étude, les opérateurs
ont employé la hauteur de chute maximale afin de pouvoir corréler efficacement le Prima 100 et la
GDP.
Selon la nature du sol, Edward & Fleming et la norme danoise prVI 90-4:2007 recommandent
d’appliquer des pressions spécifiques. (voir tableau ci-dessous)
Nature de la couche testée Pression (kPa)
Fondation gravier 200 - 300
Matériaux traités aux liants hydrauliques 200
Sous-fondation 100-200
Sol naturel rigide 50 - 100
Sol naturel meuble 10 - 60 Tableau 5 : Pressions à appliquer avec le Prima 100 (sources : Edward&Fleming (2009), prVI 90-4:2007 (2007))
52
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
L’appareil ayant été calibré afin d’obtenir certaines valeurs de pressions, l’auteur livre ici les
configurations permettant de les obtenir :
N° Pression désirée (kPa) Diamètre de la plaque (mm) Masse (kg) Hauteur de chute
1 40 300 10 h1
2 60 300 10 h2
3 90 200 10 h1
4 100 300 10 h3
5 150 200 10 h2
6 150 300 15 h3
7 220 200 15 h2
8 350 200 15 h3 Tableau 6 : Configurations du Prima 100 pour une pression donnée
Avec h1, h2 et h3 indiquant les rainures de la tige de guidage, h1 étant la rainure associé à la
hauteur de chute la plus faible. Le cadre rouge définit les configurations à employer sur des sols
traités à la chaux.
La configuration 6 est à employer pour la mise en évidence de la « stress-dependency » du
matériau et pour des essais sur des systèmes multicouches. Les configurations 7 à 8 sont à réserver
pour l’auscultation de matériaux particulièrement rigides.
Géophones supplémentaires
L’emploi des géophones supplémentaires est facultatif. Néanmoins, ils peuvent s’avérer
utiles afin de corroborer le module obtenu avec le géophone principal (au centre de la plaque)
puisqu’ils évaluent le module ELFWD du matériau à deux emplacements différents. Par ailleurs, ce rail
pourrait révéler un comportement pathologique du matériau testé, si l’un des modules évalués
venait à différer grandement en intensité.
Figure 20: Rails de géophones supplémentaires (source: Lhoist (2013))
53
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.2.2. Paramètres à renseigner dans le PDA
Rappel :
Le module E mesuré par le Prima 100 est donné par la formule suivante :
(1)
Avec
ELFWD : module composite (MPa)
A : facteur de rigidité de la plaque
Q : la pression de contact sous la plaque de chargement (kPa)
a : le rayon de la plaque de chargement (mm)
d : la déflexion au centre de la plaque de chargement (μm)
ν : le coefficient de Poisson
Le facteur de rigidité
Le facteur de rigidité A est fixé à 2 (cas d’une plaque flexible, voir 1.3.2.2.). Il peut être
intéressant de considérer un facteur de rigidité de
lors d’une corrélation avec un essai à la plaque
statique ou le FWD.
Le coefficient de poisson
Edward & Flemming (2009) préconisent d’employer les coefficients de Poisson suivants.
Nature Coeff. de Poisson
Matériaux non liés et asphalte 0,35
Argiles 0,45
Matériaux traités aux liants hydrauliques 0,2
Matériaux avec une humidité proche de la saturation 0,5 Tableau 7 : Coefficients de Poisson (source: Edward&Fleming (2009))
Dans le cas des matériaux traités aux liants, il convient d’adapter le coefficient de Poisson
employé selon la durée séparant la mise en œuvre du liant et la réalisation des essais. Suite à un
traitement, il convient de privilégier : Si le temps de cure s’élève à 28 jours ou plus, il est
préférable d’adopter la valeur suivante : Ce délai de 28 jours est fixé à partir des
observations issues de la digue de Rouen (voir 2.4.7.)
54
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Temps d’impulsion
Le temps d’impulsion du Prima 100 est de 15 à 25 ms. Le temps d’impulsion du FWD étant de
25 à 30 ms, le temps d’impulsion du Prima 100 doit être augmenté dans le cadre d’une corrélation
avec le FWD. Afin de modifier le temps d’impulsion, le constructeur spécifie le nombre de coussinets
à caoutchouc à monter sur le Prima 100.
2.2.3. Conditions d’opérabilité
Les conditions d’opérabilité au nombre de cinq sont les suivantes :
Absence de gel
Température sur site, T :
o . Cet intervalle a été établi en sélectionnant les bornes les plus
contraignantes données dans les normes et guides.
o La norme IAN 73/06 précise que la température du sol doit être supérieure à 4°C
à 100 mm de profondeur.
Diamètre des granulats :
o , DMAX étant le diamètre maximal des granulats du matériau
ausculté.
o
, Φ étant le diamètre de la plaque employée avec le Prima 100
La pente du point d’essai doit être inférieure à 4%.
Réalisation de 10 lâchers préliminaires (avant tout essai) afin d’échauffer les coussinets
en caoutchouc.
2.2.4. Préparation de la surface
Afin de préparer la surface pour réaliser un lâcher, il convient de la nettoyer, i.e. :
Enlever la poussière
Ôter les feuillets de matériau sec
Retirer les pierres visibles
Vérifier que le pied du géophone peut se déplacer librement (absence de granulats entre
le pied du géophone et le carter)
Enlever l’eau stagnante
Après avoir nettoyé la surface du point d’essai, il est nécessaire de la niveler à l’aide d’une
règle métallique.
Afin de palier à la présence éventuelle de fissure, un sable fin peut être employé afin
d’augmenter la surface de contact. La norme britannique BSI 5950, préconise notamment l’emploi un
sable de diamètre nominal 1,15 mm. Cependant, il faut veiller à une application correcte de ce
55
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
dernier comme indiqué dans la figure 21. L’application du sable ne doit pas produire une couche
intermédiaire entre le matériau testé et la plaque du Prima 100.
Figure 21 : Application d'une couche de sable (source : CRR, Les routes durables (2013))
La norme allemande TP – BF StB Teil 8.3 (2003) conseille d’araser le matériau ausculté dans
les situations suivantes :
Si le Prima 100 est parcouru par des vibrations lors d’un lâcher, ou s’il s’enfonce trop
profondément dans le sol (l’appréciation de l’enfoncement est laissée à l’opérateur), il
convient alors d’araser d’une profondeur égale au diamètre de la plaque de chargement.
Si le sol en place est un matériau fin meuble, la profondeur d’arasement est de 30 cm.
2.2.5. Protocoles
L’auteur de ce mémoire propose deux protocoles différents nommés respectivement P1 et P2,
détaillés dans le tableau 8. Chaque protocole présente un certain nombre de lâchers « blancs » afin
d’assurer la bonne assise du Prima 100 sur le sol en place.
Protocole P1 Protocole P2
3 lâchers blancs à h3 Masse 10 kg
3 lâchers blancs à h1 Masse 10 kg
3 lâchers de mesure à h1 Masse 10 kg
3 lâchers de la mesure à h3
Masse 10 kg
3 lâchers de mesure à h2
Masse 10 kg
3 lâchers de mesure à h3
Masse 10 kg
3 lâchers de mesure à h3
Masse 15 kg
Tableau 8 : Détail des protocoles d'essai
56
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Avec h1, h2 et h3 indiquant les rainures de la tige de guidage, h1 étant la rainure associé à la
hauteur de chute la plus faible.
Remarque :
Il est à noter que les protocoles d’essai issus des normes et autres guides sont conçus
indifféremment à la nature du matériau évalué.
La réalisation de lâchers blanc est nécessaire à la réalisation d’un pré-compactage minimum
du matériau afin que les modules mesurés soient représentatifs du sol testé (voir l’influence du
premier lâcher dans « 1.5.1.3. Nombre de lâchers »).
Le protocole P1 est identique aux protocoles présentés par Edward&Fleming (2009) et la
norme allemande TP – BF StB Teil 8.3 (2003) (NOTA : Protocole de la GDP). Le protocole P1 est le
protocole principalement employé par l’auteur lors des interventions sur chantier afin de faciliter la
corrélation entre le Prima 100 et la GDP.
Le protocole P2 est spécialement conçu pour l’évaluation de la « stress-dependency » du
matériau (voir 1.5.2.4.). En effet, l’opérateur fait varier la hauteur de chute afin d’évaluer l’évolution
du module mesuré par le Prima 100 en fonction de la pression de contact appliquée lors du lâcher.
Chaque lâcher de mesure fournit les informations suivantes :
Le module E en MPa
La déflexion δ en μm
La force appliqué F en kN
La pression générée σ en kPa
Le temps d’impulsion T en ms
Un graphe présentant l’évolution de la pression de contact et de la déflexion en fonction
du temps
Ces valeurs doivent obéir aux critères suivants :
Pour une même hauteur de chute, l’écart relatif entre Ei-1, Ei et Ei+1 doit être inférieur à
5%.
, intervalle des déflexions admissibles déterminé en
sélectionnant les bornes les plus contraignantes données par les normes.
, intervalle des déflexions extrêmes donné par le constructeur.
Remarque :
Si , il est nécessaire d’augmenter la masse, la hauteur de chute et/ou diminuer le
diamètre de la plaque. Si , il est nécessaire de diminuer la masse, la hauteur de chute
et/ou augmenter le diamètre de la plaque.
Par ailleurs, si une valeur de E semble singulière au vu des autres valeurs obtenues sur un
même site, il est conseillé à l’opérateur de consulter la courbe de la déflexion en fonction du temps.
Selon son allure, il pourra juger de la validité de l’essai en se reportant à la figure 22. La figure 22
mentionne aussi la procédure à adopter en cas de nullité de l’essai.
57
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 22 : Allure de différentes réponses (source : Edward & Fleming (2009))
Une fois ces critères vérifiés, l’opérateur réalise la moyenne de 3 lâchers de mesure à une
même hauteur de chute afin d’obtenir un module E exploitable.
2.2.6. Rapport
Chaque essai doit faire l’objet d’un rapport manuscrit devant contenir les éléments suivants :
Les équipements choisis pour l’essai
Le nom de l’opérateur
La date de l’essai
Les valeurs des paramètres suivants :
o Le diamètre de la plaque Φ en mm
o Le facteur de rigidité A
o Le coefficient de Poisson ν
Une description de la couche testée
o Pourcentage de chaux employé
o Si le sol a été préalablement compacté, il faut mentionner les conditions
climatiques lors du compactage et la durée séparant le compactage et l’essai au
Prima 100.
La température sur site
Reporter les informations suivantes :
o Le module E en MPa
o La pression de contact σ en kPa
o Le temps d’impulsion T en s
Réponse
normale
Réponse due à la
présence de
matériaux liés.
Si x est supérieur à
20% de la déflexion
maximale, il faut
resituer l’essai.
Réponse due à la
présence d’un
matériau mal
compacté
Il faut resituer
l’essai.
Réponse due à
la présence de
pierres,
conduites…
Il faut resituer
l’essai.
58
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
o La déflexion δ en μm
L’opérateur devra également agrémenter ces rapports d’une description du chantier
(accompagnée éventuellement de photos pertinentes) et d’un schéma indiquant la localisation des
essais.
Remarque :
L’auteur de ce mémoire a conçu une feuille Excel organisant ces différentes informations
(voir ANNEXE VI).
2.2.7. Le « Coefficient of Variation » ou CoV
Le « Coefficient of Variation » ou CoV est un outil statistique permettant d’évaluer
l’opérabilité d’un essai. Il est défini sur une série de valeurs par la formule suivante :
(19)
Ce nombre sans unité est compris entre 0 et 1. In fine, il est employé sous la forme de
pourcentage. Il est intéressant pour l’opérateur de calculer le CoV d’une campagne d’essais afin de
mesurer la dispersion des résultats.
Selon la nature du matériau testé, Edward&Fleming (2009) ont donné des intervalles que les
CoVs doivent vérifier selon la nature du matériau testé (voir tableau 9).
Nature du sol CoV (%)
Sols argileux 25 à 60
Matériaux granulaires (sables, graviers…) 10 à 40
Matériaux liés utilisés en sous fondations 5 à 30 Tableau 9 : Intervalle de CoV en fonction de la nature du matériau (source : Edward & Fleming (2009))
2.2.8. Critères de réception
Dans le cadre d’une comparaison des valeurs de modules obtenues avec l’essai à la plaque
statique et le module mesuré par la German Dynamic Plate (GDP), la norme autrichienne RVS
08.03.04 a établi le tableau de conversion suivant. Par ailleurs, cette norme institue la GDP comme
un outil discriminant, les critères de réception étant ceux de l’essai à la plaque statique française
converti en employant le tableau 10. Il n’existe malheureusement pas de tels tableaux entre l’essai à
la plaque statique belge et un déflectomètre léger.
59
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Static Dynamic plate loading test
Initial loading
modulus Ev1
[MN/n2]
Dynamic modulus of
deformation EGDP [MN/m2]
non-cohesive cohesive
0 0 10
5 6 14
7.5 9 16
10 12 18
15 18 22
20 24 26
25 30 30
30 34
35 38
40 42
45 46
50 50
55 54
60 58
65 62
70 66
75 70
80 74
85 78
90 82
Tableau 10: Conversion du module initial Ev1 (essai à la plaque statique française) en module dynamique EGDP (source : RVS 08.03.04 (2008))
Cette table de conversion permettrait de convertir les critères de réception employés en
France pour une future utilisation de la GDP comme un outil de réception.
Les normes britanniques, allemandes stipulent que le Prima 100 ou la GDP peuvent être
employés comme outil discriminant sous réserve d’une corrélation préalable avec le Falling Weight
Deflectometer (FWD) pour le Royaume-Uni et l’essai à la plaque statique français pour l’Allemagne,
les critères de réception alors appliqués étant ceux des essais canoniques (FWD pour le Royaume-Uni
et essai à la plaque statique française pour l’Allemagne) augmentés de la correction apportée par la
corrélation. La note « Interim Advice Note 73/06 » précise notamment que le Prima 100 doit être
corrélé avec le FWD sur plus de 20 essais afin de pouvoir appliquer un coefficient correcteur sur les
modules ELFWD. La spécification allemande ZTVA-StB 97 énonce que la corrélation doit être réalisée au
minimum sur quatre essais.
60
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.2.9. Résumé
Une fois arrivé sur site, la procédure à respecter est la suivante :
1. Description du site (+ photos si besoin est) et des conditions atmosphériques
2. Réaliser 10 lâchers blancs avec le Prima 100 afin d’échauffer les coussinets en
caoutchouc
3. Réalisation de 3 essais minimum par type de matériau ausculté afin de pouvoir corréler le
Prima 100 à d’autres essais éventuellement menés sur site
a. Description de la zone d’essai
b. Nettoyage de la surface d’essai et arasage si nécessaire
c. Réaliser un essai suivant le protocole P2 pour chaque matériau afin d’évaluer la
« stress-dependency » de ce dernier.
d. Employer le protocole P1 par la suite si le Prima 100 doit être corrélé avec la GDP.
e. Employer le protocole au choix dans les autres cas (NOTA : Le protocole P2
permet d’obtenir un Emin pour chaque matériau. Cependant, il est plus long que
le protocole P1)
f. Vérification de la validité du lâcher (absence de vibrations de l’appareil +
consultation des graphes)
g. Renseigner le rapport pour chaque lâcher
4. Traitement des valeurs en laboratoire
a. Calcul de E en faisant la moyenne des modules de 3 lâchers à une même hauteur
de chute
b. Calcul du CoV
c. Calcul de Emin dans le cas de l’évaluation de la « stress-dependency »
61
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.3. Planche d’essai de Quenast
2.3.1. Présentation
La planche d’essai de Quenast (commune belge de Rebecq, Brabant Wallon), a été réalisée
sur le site de la carrière de la société SAGREX pour le compte du Centre de Recherches Routières
(CRR) dans le cadre d’une étude de caractérisation des sols à l’aide d’un pénétromètre dynamique
léger à énergie variable « type PANDA ».
Les différentes mesures réalisées sur la planche d’essai sont les suivantes :
Mesure de la teneur en eau (gammadensimètre & anneau volumétrique)
Mesure de la densité (gammadensimètre & anneau volumétrique)
Mesure de la portance (essai à la plaque statique belge, plaque dynamique allemande
GDP & Prima 100)
Mesure de la résistance du sol à l’enfoncement d’une pointe (PANDA & pénétromètre
statique 200kN)
Chaque mesure est l’occasion d’une tentative de corrélation avec le Prima 100.
Les essais au Prima 100 ont été réalisés en 2010 par Gontran HERRIER (ingénieur) et Tamer
OZTURK (technicien), tous les deux membres du département Génie Civil de Lhoist. Les essais au
Prima 100 ont été réalisés avec la plaque de diamètre 300 mm et en considérant un coefficient de
Poisson de 0,35.
Le protocole d’essai employé est le suivant :
un lâcher à la première hauteur de chute h1 (la plus basse)
un lâcher à la deuxième hauteur h2
un lâcher à la troisième hauteur h3
2.3.2. Réalisation de la planche d’essai
La planche d’essai de forme rectangulaire (25*10 m) est constituée de cinq bandes de
matériaux différents (voir figure 23). Chaque bande est composée de 6 couches d’une épaisseur de
30 cm une fois le matériau compacté.
62
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 23 : Compartimentage de la planche de Quenast (source : CRR (2011))
Les matériaux employés pour la réalisation des différentes bandes sont les suivants :
Limon (provenant de la carrière de Tellier des Prés, Ecaussines) traité à la chaux
(Proviacal®ST CL – 90 Q 2%)
Sable pur (provenant de la sablière de Mont-Saint-Guibert)
Sable de concassage (provenant de la carrière de Beez)
Sables fillérisés (provenant du site de production de Quenast ou de la carrière de Lemay)
Les analyses granulométriques du limon traité, du sable pur et du sable de concassage sont
disponibles dans l’ANNEXE VII.
Chaque couche a été compactée 2 fois au compacteur statique. Le nombre de passes du
compacteur vibrant varie d’une parcelle à l’autre pour une même bande (voir figure 24).
Figure 24 : Compactage des parcelles (source : CRR (2011))
Légende :
PX où X indique le nombre de passe.
côté rue de Rebecq
côté carrière
P 10 P 8 P 6 P 4 P 2
Côté Carrière
Côté Rue de Rebecq
63
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.3.3. Disposition des essais
Les essais ont été implantés sur chaque parcelle suivant le schéma suivant :
Figure 25 : Implantation des essais sur la planche de Quenast (source : CRR (2011))
Leur répartition est donnée par le tableau suivant :
Tableau 11 : Répartition des différents essais sur chaque parcelle (source : CRR (2011))
64
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.3.4. Données expérimentales
Les résultats obtenus avec le Prima 100 sont résumés dans le tableau suivant :
Matériau Couche E100, mean (Mpa) CoV (%)
Sable pur 6 24,5 27,5
Sable de concassage 6 47,98 14,92
Limon traité 3 75,58 32,14
6 90,22 31,14 Tableau 12: Résumé des modules au Prima 100
Avec,
E100, mean : moyenne des modules ELFWD obtenus pour une pression de contact égale à
100 kPa.
CoV : Coefficient de variation (voir 2.2.7.)
Selon les prescriptions du (LWD Good Practice Guide - Draft 9, 2009), les CoVs sont de l’ordre
de grandeur des intervalles mentionnées par Edward & Fleming.
2.3.4.1. Evolution des modules en fonction du nombre de passes
D’une manière générale, il est possible d’observer une augmentation du module du Prima
100 avec le nombre de passes (voir figure 26 à 29). Le Prima 100 est donc un outil à même de suivre
l’évolution du compactage d’un matériau. De plus, les corrélations entre les différents essais (essai à
la plaque belge, Prima 100 et GDP) sont d’autant meilleures que les allures des courbes (nombre de
passes, module) sont similaires (voir 2.3.4.2.).
Légende :
ELFWD : Module mesuré par le Prima 100 (MPa)
Evd : Module mesuré par la plaque dynamique allemande GDP (MPa)
M1: Coefficient de compressibilité du premier cycle de chargement lors de l’essai à la
plaque statique belge (MPa)
M2 : Coefficient de compressibilité du deuxième cycle de chargement lors de l’essai à la
plaque statique belge (MPa)
65
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 26 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteu vibrant sur la couche 6 du sable pur
Figure 27 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteur vibrant sur la couche 6 du sable de concassage
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12
Mo
du
le (
MP
a)
Nombre de passes
Evolution des modules avec le nombre de passes
ELFWD
Evd
M1
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12
Mo
du
le (
MP
a)
Nombre de passes
Evolution des modules avec le nombre de passes
ELFWD
Evd
M1
M2
66
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 28 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteur vibrant sur la couche 3 du limon traité
Figure 29 : Evolution du module en fonction du nombre de passes du compacteur vibrant sur la couche 6 du limon traité
2.3.4.2. Corrélation avec l’essai à la plaque statique belge et la German Dynamic Plate
(GDP)
Les seules corrélations exploitables (celles dont le R² est supérieur ou égal à 0,7) sont
obtenues pour le limon traité. Le Prima 100 se correlle avec la GDP quelle que soit la couche
considérée contrairement aux corrélations avec la plaque statique belge dont la qualité diminue
drastiquement sur la couche 6. Il est d’ailleurs intéressant de noter que les coefficients R²
satisfaisants sont obtenus lorsque les allures des courbes représentant les modules en fonction du
nombre de passes de compacteur sont proches.
Les corrélations obtenues entre le Prima 100 et la GDP sont les suivantes :
Sur la couche 3 en limon traité : (20)
Sur la couche 6 en limon traité : (21)
Avec,
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0 2 4 6 8 10 12
Mo
du
le (
MP
a)
Nombre de passes
Evolution des modules avec le nombre de passes C3
ELFWD
Evd
M1
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
0 2 4 6 8 10 12
Mo
du
le (
MP
a)
Nombre de passes
Evolution des modules avec le nombre de passes C6
ELFWD
Evd
M1
67
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ELFWD : Module mesuré par le Prima 100 (MPa)
Evd : Module mesuré par la plaque dynamique allemande GDP (MPa)
Remarque :
Les courbes représentant les corrélations entre le Prima 100, l’essai à la plaque statique
belge et le GDP sont données dans l’ANNEXE VIII (fig. 69 à 72).
L’auteur livre dans la figure suivante les corrélations entre l’essai à la plaque statique belge et
la GDP.
Figure 30 : Corrélations entre l'essai à la plaque statique belge et la GDP (Planche Quenast)
Excepté sur la couche 6 du limon traité, la GDP se corrèle bien avec l’essai à la plaque
statique belge.
y = 1,2007x + 2,202 R² = 0,9174
y = -0,2269x + 72,385 R² = 0,0172
y = 2,2631x - 2,352 R² = 0,9767
y = 0,8809x + 18,611 R² = 0,8947
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80
Mo
du
le d
e la
GD
P E
vd (
MP
a)
Coefficient de compressibilité M1 (MPa)
Corrélation entre l'essai à la plaque statique belge et la GDP
Limon traité C3
Limon traité C6
Sable de concassage
Sable pur
68
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.3.4.3. Influence du facteur de rigidité et du coefficient de Poisson
Afin de mesurer l’influence du facteur de rigidité et du coefficient de Poisson, l’auteur
considère la corrélation entre le coefficient de compressibilité M1 et le module ELFWD sur les essais de
la couche 3 du limon traité (R² = 0,8).
Dans un premier temps le coefficient de Poisson est fixé à 0,35 et l’auteur fait varier le
facteur de rigidité (i.e. 2 ou π/2). Dans un deuxième temps le facteur de rigidité est fixé à π/2 et le
coefficient de Poisson adopte les valeurs 0,2 ou 0,35 (la valeur 0,2 a été choisie selon les
spécifications du (LWD Good Practice Guide - Draft 9, 2009)). Le lecteur est invité à consulter
l’ANNEXE IX (fig. 73 et 74) afin d’observer l’évolution des corrélations selon la variable modifiée.
Le ratio le plus proche de 1 est obtenu pour un facteur de rigidité de π/2 et un coefficient de
Poisson de 0,35. Il est donc préférable de suivre les recommandations du constructeur et des guides
britanniques qui prescrivent l’utilisation d’un tel coefficient de Poisson. Le facteur de rigidité révèle
son utilité dans une entreprise de corrélation avec un essai à la plaque plus monolithique.
Remarque :
Le ratio correspond au coefficient a dans l’équation suivante :
(22)
Avec
(a, b) deux constantes réelles
X, un module, une résistance de pointe …
2.3.4.4. Corrélation avec la sonde de battage légère
Le coefficient R² des corrélations entre le Prima 100 et la sonde de battage légère augmente
avec la profondeur de la sonde. Si les corrélations sont excellentes sur le sable pur et le limon traité,
le sable de concassage produit de maigres résultats. Cependant la sonde de battage légère se corrèle
très bien sur les couches 3 et 6 du limon traité. Il nous est donc possible d’en déduire la bonne
corrélation entre le Prima 100 et la sonde sur les matériaux traités.
Les corrélations obtenues entre le Prima 100 et la sonde de battage légère sont les
suivantes :
Sur la couche 3 en limon traité :
(23)
Sur la couche 6 en limon traité :
(24)
69
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Avec,
Xm : enfoncement moyen de la couche (mm/coup)
Remarque :
Les courbes représentant les corrélations entre le Prima 100 et la sonde de battage légère
sont données dans l’ANNEXE X (fig. 75 à 78).
2.3.4.5. Corrélation avec le pénétromètre PANDA
Pour le sable pur, et le sable de concassage, aucune tendance ne semble se dégager des
corrélations. Cependant il est possible d’observer une amélioration des coefficients R² lorsque les
essais ont été réalisés sur le limon traité et ce indépendamment de la couche considéré. Néanmoins,
les corrélations ne sont pleinement satisfaisantes que pour une pointe de 4 cm² de surface. Pour une
pointe de surface 4 cm², les corrélations entre le Prima 100 et le PANDA sont les suivantes :
Sur la couche 3 en limon traité : (25)
Sur la couche 6 en limon traité : (26)
Avec,
qdmoy : résistance moyenne de la couche (MPa)
Remarque :
Les courbes représentant les corrélations entre le Prima 100 et le PANDA sont données dans
l’ANNEXE XI (fig. 79 à 86).
2.3.4.6. Corrélation avec la teneur en eau
Il n’y a qu’une seule corrélation probante entre la teneur en eau et le Prima 100. Cette seule
corrélation n’est pas suffisante pour conclure à une possible corrélation entre le gammadensimètre,
l’anneau volumétrique et le Prima 100. Le module ELFWD n’étant pas directement lié à la teneur en
eau (voir l’équation (1) présentée dans 1.2.2. et 2.2.2.), ce résultat était attendu.
Remarque :
Les courbes représentant les corrélations entre le Prima 100 et la teneur en eau sont
données dans l’ANNEXE XII (fig. 87 à 90).
70
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.3.4.7. Corrélation avec la masse volumique sèche
L’anneau volumétrique ne se corrèle pas avec le Prima 100 quelque soit le matériau testé. Le
gammadensimètre présente de bonnes corrélations avec le Prima 100 sur les couches 3 et 6 du limon
traité. L’absence de corrélation entre l’anneau volumétrique et le Prima 100 est justifiée par
l’absence de liens directs entre le module ELFWD et la masse volumique sèche (voir l’équation (1)
présentée dans 1.2.2. et 2.2.2.). De plus, la masse volumique sèche varie en profondeur rendant plus
qu’hasardeuse toute tentative de corrélation. Les corrélations entre le Prima 100 et le
gammadensimètre sont les suivantes :
Sur la couche 3 en limon traité : (27)
Sur la couche 6 en limon traité : (28)
Avec,
ρsèche : masse volumique sèche (g/cm3)
Remarque :
Au vu des commentaires précédents, ces corrélations sont à considérer avec circonspection.
Les courbes représentant les corrélations entre le Prima 100 et la masse volumique sèche
sont données dans l’ANNEXE XIII (fig. 91 à 94).
2.3.4.8. Corrélation avec le pénétromètre statique
Le pénétromètre ne se corrèle pas avec le Prima 100 sur le limon traité et le sable de
concassage. Néanmoins, il affiche une très bonne corrélation sur le sable pur. Il nous est impossible
de conclure sur une possible corrélation des deux essais sans une campagne d’essai supplémentaire.
Remarque :
Les courbes représentant les corrélations entre le Prima 100 et le pénétromètre statique sont
données dans l’ANNEXE XIV (fig. 95 à 97).
71
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.4. Digue de Rouen
2.4.4. Présentation
L’entreprise Lhoist a commandé au Centre d’Expérimentation et de Recherche (CER) la
construction de deux structures expérimentales, objet de mesures réalisées dans le cadre de
l’opération « Digues et Ouvrages Fluviaux, Erosion Affouillements et Séismes » (DOFEAS).
« Le projet consiste à étudier l'utilisation d'un sol fin traité à la chaux en ouvrage hydraulique.
L'étude porte sur les conditions de mise en œuvre du sol ainsi que sur l'évolution de ses
caractéristiques mécaniques, hydrauliques et de tenue à l'érosion en fonction du temps. Ainsi, le CER
a été chargé de construire une structure de type digue en limon traité à la chaux en vraie grandeur.
Afin d’apprécier l'effet du traitement sur le limon, une plus petite structure a aussi été construite avec
le même limon non traité. La digue est dite sèche car elle ne sera pas sollicitée hydrauliquement lors
de cette étude. » CER (2012)
Les différentes mesures réalisées sur la planche d’essai sont les suivantes :
Mesure de la teneur en eau (prélèvement et détermination en laboratoire)
Mesure de la densité (gammadensimètre)
Mesure de la portance (Prima 100)
Mesure de l’Indice Portant Immédiat : IPI (aiguille Proctor)
Mesure de modules en laboratoire (essai de traction indirecte, essai triaxial &
Grindosonic)
Chaque mesure est l’occasion d’une tentative de corrélation avec le Prima 100.
Les essais au Prima 100 ont été réalisés en 2011 par Gontran HERRIER (ingénieur) et Tamer
OZTURK (technicien), tous les deux membres du département Génie Civil de Lhoist. Les essais au
Prima 100 ont été réalisés avec la plaque de diamètre 300 mm et en considérant un coefficient de
Poisson de 0,35.
Le protocole d’essai employé est le suivant :
un lâcher à la première hauteur de chute h1 (la plus basse)
un lâcher à la deuxième hauteur h2
un lâcher à la troisième hauteur h3
72
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.4.5. Réalisation des planches d’essais
La digue sèche est réalisée en 6 couches compactées, de 30 cm d'épaisseur. Le corps de la
digue en dehors des zones de transition aux extrémités, réservées au déplacement du compacteur,
comporte trois casiers de 5 m de long chacun. En effet, trois temps de cure du limon traité seront
testés. La première cure, 28 jours après la mise en œuvre, la seconde cure à 180 jours et la troisième
cure au bout de 365 jours (voir figure 31 et 32).
Figure 31 : Coupe transversale de la digue en limon traité (source : CER (2012))
Figure 32 : Coupe longitudinale et vue du dessus de la digue sèche (source : CER (2012))
73
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
La planche d’essai en sol non traité est mise en œuvre avec le même sol. La planche est
constituée de trois couches de 30 cm de hauteur une fois compactées et comporte une zone utile
centrale d'une longueur de 4 m (figure 33 et 34).
Figure 33 : Vue de dessus et coupe longitudinale de la planche d'essai en sol non traité (source : CER (2012))
Figure 34 : Coupe transversale de la planche d'essai en sol non traité (source : CER (2012))
Les matériaux employés pour la réalisation de la digue sèche et de la planche en sol non traité
sont :
un limon de classe A1 provenant de la carrière de Marche-Les-Dames en Belgique (voir
ANNEXE XV pour les courbes Proctor et IPI)
de la chaux : Proviacal®ST.
Pour la réalisation de la digue sèche en sol traité, un dosage de 2,5% de chaux a été employé.
La caractérisation des matériaux avant la mise en œuvre des matériaux est la suivante :
Matériau Masse volumique sèche OPN (t/m
3)
Teneur en eau OPN (%)
IPI
Limon non traité 1,82 14,6 19
Limon traité à 2,5% CaO 1,73 17,8 20 Tableau 13 : Caractéristiques des matériaux (source : CER (2012))
74
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
La digue sèche a été segmentée de la manière suivante :
Figure 35 : Compartimentation de la digue sèche
Le compactage de chaque couche de la structure a été réalisé par un compacteur à pieds
dameurs BOMAG BW219 PDH3. Le nombre de passes retenu est de 6 passes à une vitesse de
translation de 3 km/h.
2.4.6. Disposition des essais
Les essais ont été implantés sur chaque casier suivant le schéma suivant :
Figure 36 : Plans des essais sur la digue sèche (source : CER (2012))
Cx = nombre de couches mises en place (x=2,4 ou 6)
Px = n° de la parcelle (P= 1 à 6)
côté Toplimer 50
Notation des casiers : 1 à 6
zone morte
6 45
côté bureaux CER
3
zone morte
1 2
côté Centrale de traitement
75
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 37 : Positions des essais au gammadensimètre sur la planche d'essai en sol non traité (source : CER (2012))
2.4.7. Données expérimentales
Les résultats obtenus sur la couche supérieure de la digue sèche et de la planche d’essai en
sol non traité (planche NT) sont les suivants :
Temps de cure (jrs) Sol traité Sol non traité
ELFWD (MPa) CoV (%) ELFWD (MPa) CoV (%)
0 35,09 37,73 7,41 53,58
28 243,13 19,13 10,11 23,28
365 279,85 48,8 19,43 6,77 Tableau 14 : Synthèse des résultats sur la couche supérieure de la digue sèche et de la planche NT)
Si le limon est considéré comme un sol argileux pour un temps de cure de 0 jours, alors ces
résultats vérifient bien les prescriptions d’Edwards & Fleming (2009).
Une première observation est possible. Le module du Prima 100 croît avec le temps, ce qui
peut traduire l’apparition des liaisons pouzzolaniques dans le matériau traité. De plus, le module
ELFWD du sol traité a septuplé en 28 jours alors qu’entre le 28ème jour de cure et le 365ème jour de cure,
la différence entre modules n’est que de 15 %. Il est donc pertinent de considérer le sol traité comme
un matériau lié au-delà de cette date (fixée arbitrairement pour les besoins de cette étude : voir
2.2.2. « Coefficient de Poisson »).
Le site de la Digue de Rouen n’a donné lieu à aucune corrélation probante. Les appareils
n’ayant pas pu être corrélé sont les suivants :
Gammadensimètre (voir ANNEXE XVI, fig. 100 et 101 pour les corrélations)
Aiguille Proctor (voir ANNEXE XVII, fig. 102 pour les corrélations)
Essai de traction indirecte (voir ANNEXE XVIII, fig. 103 pour les corrélations)
Essai triaxial (voir ANNEXE XIX, fig. 104 et 105 pour les corrélations)
Grindosonic (voir ANNEXE XX, fig. 106 pour les corrélations)
Les deux premiers essais sont réalisés in situ contrairement aux trois derniers qui sont
réalisés en laboratoire.
76
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.5. Chantier de Lessines
2.5.4. Présentation
L’entreprise Lhoist participe à un chantier de terrassement pour une future plate-forme
commerciale dans le cadre de la valorisation de deux sols argileux. Le chantier d’une emprise de 16
ha se situe à Ghislenghien - une commune de Lessines (province de Hainaut, Belgique). L’entreprise
responsable du lot « terrassement » avait envisagé l’excavation et la mise en dépôt de 45000 m3 de
sol argileux. Afin d’évaluer l’efficacité d’un éventuel traitement à la chaux, plusieurs planches d’essais
ont été réalisées. Après compactage, les résultats se sont avérés positifs pour un traitement à 1 ou
2 % de chaux.
L’entreprise Lhoist s’est rendue à trois reprises sur le chantier de Lessines :
21/03/2013
22/03/2013
13/06/2013
Le 21/03/2013, Gontran HERRIER (ingénieur), Tamer Ozturk (technicien) et Jean-Sébastien
ARRIERO (stagiaire) ont pu réaliser des essais au Prima 100 parallèlement à des essais à la plaque
statique belge menés par l’entreprise de terrassement et des essais à plaque dynamique allemande
menés par le CRR. Le 22/03/2013 et le 13/06/2013, Tamer Ozturk (technicien) et Jean-Sébastien
ARRIERO (stagiaire) se sont à nouveau rendus sur chantier.
Les deux premières interventions sur site ont notamment permis d’évaluer plusieurs
paramètres ainsi que divers protocoles. La troisième intervention avait pour objectif la collecte de
données afin de corréler le Prima 100 et l’essai à la plaque statique belge.
Remarque :
Le lecteur trouvera le rapport de l’intervention du 13/06/2013 dans l’ANNEXE XXI.
2.5.5. Réalisation des planches d’essais et des bandes traités
Les matériaux employés pour la confection des différentes bandes traitées et planches
d’essais sont les suivants :
limon brun (21/03/2013 : teneur en eau de 31 %)
argile bleue humide et friable (21/03/2013 : teneur en eau de 34 %)
chaux Proviacal®ST CL 90-Q
Chaque structure a été compactée par :
3 passes aller-retour au compacteur vibrant à pieds dameurs
2 passes aller-retour au compacteur vibrant à cylindre lisse
77
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.5.6. Disposition des essais
La disposition des essais est la suivante pour le 21/03/2013 et 22/03/2013 :
Figure 38 : Implantation des essais sur le chantier de Lessines pour le 21/03/2013 et 22/03/2013
Pour la réalisation des essais du 13/06/2013, le lecteur est invité à consulter le rapport donné
dans l’ANNEXE XXI-I.
78
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.5.7. Données expérimentales
Une synthèse des résultats est donnée dans les tableaux suivants :
Limon brun + 2% CaO
N° (essai) ELFWD (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
1 53,80
70,04 17,47 2 78,75
3 67,43
6 80,17
Argile bleue humide + 2% CaO
N° (essai) ELFWD (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
7 118,23
101,74 22,93 8 321,45
9 85,24
Limon brun + 1% CaO
N° (essai) ELFWD (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
10 82,44 82,44 0,00
Argile bleue friable + 2% CaO
N° (essai) ELFWD (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
4 36,34 41,03 16,19
5 45,73 Tableau 15 : Résumé des résultats du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 21/03/2013 et 22/03/2013
Argile bleue humide + 1% CaO
N° (essai) ELFWD (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
1 59,64
54,58 13,11 2 49,52
3 33,95 Tableau 16 : Résumé des résultats du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 13/06/2013
Avec,
ELFWD, la moyenne des modules mesurés à h3 (dans la configuration produisant la
contrainte la plus élevée) pour un même essai. (MPa)
Emean, la moyenne des modules ELFWD sur un même matériau. (MPa)
Malgré la dispersion des résultats, ces derniers restent inscrits dans les intervalles établis par
Edwards & Fleming (2009).
Par ailleurs, l’essai N°8 présente une valeur de module trois fois supérieure aux valeurs des
modules de la même planche. En observant la courbe (déformation, temps) (voir figure 39), le lecteur
pourra identifier un cas pathologique mentionné dans la partie 2.2.5. Sur la courbe (temps, déflexion)
79
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
de la figure 39, une déflexion positive est observable, ce qui révèle la présence d’un élément grossier
au sein du matériau. Selon Edwards & Fleming (2009), cet essai est à resituer et à recommencer.
Figure 39 : Déflexion et effort en fonction du temps (lâcher 39, essai n°8)
Les interventions sur chantier ont aussi permis à l’auteur de dégager les conclusions
suivantes :
la batterie du Prima 100 influence le transfert des informations du Prima 100 vers le PDA.
L’acquisition des données est d’autant plus rapide que la batterie est chargée
le trafic des véhicules perturbe l’acquisition de ces données du fait des vibrations
générées sur la chaussée (notamment par les rouleaux compacteurs)
Remarque :
Les modules mesurés sur l’argile bleue friable traitée sont nettement inférieurs aux modules
mesurés sur le limon brun traité et l’argile bleue humide traitée.
Les données du Prima 100 pour les interventions du 21/03/2013 et 22/03/2013 sont
résumées dans l’ANNEXE XXII.
2.5.7.1. Opérabilité
Sur chaque essai, le CoV nous renseigne sur l’opérabilité des essais, i.e. sur la maîtrise du
Prima 100 par l’opérateur. Les résultats donnés dans l’ANNEXE XXII révèlent que les CoVs sont
inférieurs à 5%. Autrement dit, le Prima 100 est un appareil simple d’utilisation puisque l’auteur de
ce mémoire n’avait alors jamais manipulé sur chantier.
80
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.5.7.2. Influence de la « masse retenue »
La norme (Tp BF - StB Teil 8.3, 2003) spécifie que la masse de la plaque dynamique allemande
(fabriquée par Zorn) doit être retenue après son premier rebond sur les amortisseurs en caoutchouc.
Une telle procédure a été appliquée au Prima 100 lors de l’essai N°5 (ANNEXE XXII) afin de qualifier
son influence sur le module mesuré.
Lorsque la masse n’est pas retenue, les résultats sont les suivants :
ELFWD = 45,73 MPa
Timpulsion = 16,5 ms
CoV = 2,91%
Lorsque la masse est retenue, le module et le CoV deviennent :
ELFWD = 43,46 MPa
Timpulsion = 16,5 ms
CoV = 5,39%
Figure 40 : Allure de la courbe (temps, déflexion) lorsque la masse est retenue
Si les modules n’affichent qu’un écart relatif de 5%, le CoV quant à lui augmente – ce qui
révèle le caractère aléatoire introduit par la masse retenue dans les valeurs mesurées. Il est donc
déconseillé de retenir la masse du Prima 100 lors d’un essai.
81
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.5.7.3. Le premier lâcher
Le chantier de Lessines a notamment mis en évidence la non-représentativité du premier
lâcher dans le protocole d’essai. Le lecteur est invité à consulté l’essai N°2 de la journée du
21/03/2013 et tout particulièrement les 5 premiers lâchers réalisés à partir de la première hauteur
de chute (h1). Le tableau 17 présente les écarts relatifs entre les deux premiers lâchers et les lâches
subséquents.
Module du 1er lâcher (MPa)
Moyenne des modules des 3 lâchers suivants (MPa)
Ecart relatif (%)
97,74 106,27 8,03
Module du 2ème lâcher (MPa)
Moyenne des modules des 2 lâchers suivants (MPa)
Ecart relatif (%)
99,91 109,45 5,98 Tableau 17 : Ecarts relatifs entre les premiers lâchers
Il existe une diminution de l’écart relatif de l’ordre de 2 % entre le premier lâcher et le
deuxième lâcher – là où Steinert (2005) observait une diminution de 8 % (voir 1.5.1.3.). Malgré cet
écart, il est néanmoins possible de conclure quant à la nature erronée du module obtenu lors du
premier lâcher, considéré dès lors comme un lâcher blanc.
2.5.7.4. « Stress-dependency », (voir 1.5.2.4.)
Les courbes figurant l’évolution des modules en fonction des contraintes appliquées sont
données dans l’ANNEXE XXIII. Elles suivent toutes une allure parabolique, caractéristique des
matériaux argileux. Ces courbes présentent donc un module minimum Emin auquel est associée une
contrainte nommée dans le cadre de ce mémoire, σmin. A l’aide d’une interpolation polynomiale
d’ordre 2 et de sa dérivée, il est possible de déterminer ce couple de valeurs. Les différents essais
menés afin d’évaluer la « stress-dependency » des matériaux produisent donc les résultats présentés
dans le tableau 18.
N° (essai) Date Matériau σmin (kPa) Emin (MPa)
2 21/03/2013 Limon brun + 2% CaO 196,58 60,78
1 13/06/2013 Argile bleue humide + 1% CaO 234,47 27,87
2 13/06/2013 Argile bleue humide + 1% CaO 275,63 38,04
3 13/06/2013 Argile bleue humide + 1% CaO 153,31 29,18 Tableau 18 : Synthèses des modules et contraintes minimales
Le CoV des essais 1, 2 et 3 du 13/06/2013 est de 17%. Pour un même matériau, il existe donc
sur trois essais un écart de 17% entre les valeurs de Emin. Il semble exister une certaine homogénéité
de ce module lors de l’évaluation de la « stress-dependency » du matériau. Ce module a donc le
double avantage d’être un module sécuritaire puisque minimal, ainsi qu’une valeur « répétable ».
Cependant les modules Emin donnés plus haut sont obtenus à partir de l’étude de l’interpolation
polynomiale. Il est donc vivement conseillé d’employer le protocole P2 lorsque l’opérateur dispose de
82
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
suffisamment de points pour observer directement le module minimal sur la courbe (contrainte,
module).
2.5.7.5. Corrélation avec l’essai à la plaque statique belge et à la plaque dynamique
allemande
La planche de Quenast avait déjà mis en évidence l’existence d’une éventuelle corrélation
entre le Prima 100 et la plaque allemande sur un matériau traité. Le chantier de Lessines laisse
entrevoir un espoir similaire malgré des coefficients de corrélations différents d’un chantier à l’autre
– différence qu’il est possible d’attribuer à la nature des matériaux employés. Les corrélations entre
le Prima 100 et le GDP sont les suivantes :
Sur le limon traité à 2% CaO : (29)
Sur l’ensemble du chantier : (30)
L’essai à la plaque statique belge se corrèle moins bien avec le Prima 100 affichant un R² de
0,65 pour les journées du 21/03/2013 et 22/03/2013 – le 13/06/2013 n’ayant conduit qu’à des
résultats erratiques. L’essai N°2 du 13/06/2013 introduit un coefficient de compressibilité M1 bien
supérieur aux deux autres coefficients de compressibilité mesurés alors que le module ELFWD
diminue. Il est à noter que la plate-forme argileuse avait été traitée avec 1% de chaux, quantité
insuffisante au vu de la nature et de la teneur en eau du matériau (voir tableau 20 pour les valeurs du
coefficient de compressibilité M1 mesuré par l’essai à la plaque belge). Cet essai problématique
illustre le rôle joué par la profondeur d’influence des deux appareils et par un traitement insuffisant
de ce dernier. Afin d’épuiser toutes les corrélations possibles, l’auteur a dressé des tableaux
présentant les rapports entre ELFWD et M1. Il n’existe pas cependant de coefficient de
proportionnalité récurrent.
Tableau 19 : Coefficient de proportionnalité entre modules (21/03/2013 & 22/03/2013)
Essais M1 (MPa) E LFWD(MPa) ELFWD/M1
1 9,10 59,64 6,55
2 17,40 49,52 2,85
3 5,70 33,95 5,96 Tableau 20 : Coefficient de proportionnalité entre modules (13/06/2013)
Remarque :
Les corrélations entre le Prima 100 et les différents essais à la plaque sont disponibles dans
l’ANNEXE XXIV (fig. 113 et 114).
N°(essai) EGDP (MPa) ELFWD (MPa) M1 (MPa) ELFWD/M1 ELFWD/EGDP
1 25,27 53,8 18 2,99 2,13
2 34,72 78,75 2,27
3 32,76 67,43 17,3 3,90 2,06
4 25,14 36,34 14,23 2,55 1,45
83
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.5.7.6. Critère de réception sur le chantier de Lessines
Le chantier de Lessines en étant à la phase de terrassement, les différentes plateformes
réalisées doivent vérifier le critère de réception des remblais, i.e. un coefficient de compressibilité
M1 au minimum égal à 11 MPa pour l’essai à la plaque statique belge. La figure suivante confronte
les différents modules mesurés sur chantier le 21 et 22 mars 2013 au critère de réception.
Figure 41 : Confrontation des modules mesurés sur les essais 1, 2, 3 et 4 au critère de réception (Lessines : 21/03/2013 et 22/03/2013)
Malgré l’absence du coefficient de compressibilité pour l’essai N°2, il est possible d’inférer la
validation du critère de réception à l’endroit de l’essai N°2 au vu des tendances générales des
courbes (N° des essais, modules de la GDP et du LFWD).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1 2 3 4
Mo
du
les
(MP
a)
N° des essais
Confrontation des essais au critère de réception
GDP
LFWD
Plaque belge
Critère de réception à 11 MPa
11 MPa
84
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
2.6. Conclusion
Sur l’ensemble des corrélations envisagées lors de l’étude de la planche Quenast, la qualité
de celles-ci (i.e. R²) croît lorsque le matériau testé est traité. Il n’est cependant pas envisageable de
corréler le Prima 100 avec tous les essais susmentionnés. Les instruments présentant un
fonctionnement différent de celui du Prima 100 se corrèlent médiocrement avec ce dernier. Il en va
autrement pour la sonde de battage légère et le PANDA (4 cm²) qui sur le limon traité conduisent à
de bonnes corrélations. La différence de fonctionnement entre l’essai à la plaque statique et le Prima
100 – statique pour l’essai à la plaque et dynamique pour le Prima 100 – expliquerait quant à elle,
l’absence de corrélation entre ces deux essais. Il est à noter que la plaque dynamique allemande et le
Prima 100 se corrèlent avec un ratio de 1,09 ou 1,32 (voir 2.3.4.2.) sur le limon traité, ce qui souligne
bien la similitude des deux appareils.
Quant à la campagne d’essai de la digue de Rouen, celle-ci se conclue par une absence de
corrélations exploitables entre le Prima 100 et les précédents essais. La nature bien trop différente
de ces derniers dont certains se déroulent en laboratoire explique la médiocrité des coefficients R².
Certains paramètres tels la mise en œuvre du liant ou encore le malaxage du matériau, varient
grandement selon que l’essai ait lieu in situ ou en laboratoire. Cependant l’augmentation du module
au cours du temps après le traitement à la chaux confirme l’aptitude du Prima 100 à suivre
l’évolution d’un matériau traité à la chaux.
Les interventions sur le site de Lessines ont permis d’évaluer l’opérabilité du Prima 100,
l’influence d’une masse retenue sur le module, l’efficacité des protocoles envisagés et d’éventuelles
corrélations entre le Prima 100 et les essais à la plaque statique belge et à la plaque dynamique
allemande. Le Prima 100 s’avère être finalement un outil simple d’utilisation (bonne opérabilité) pour
évaluer un module minimum de sécurité suivant le protocole P2. Une corrélation satisfaisante est
observée avec la plaque dynamique allemande pour cette campagne d’essai, résultat auquel nous
pouvions nous attendre au vu des conclusions des essais sur la planche Quenast et du
fonctionnement proche des deux appareils. Cependant les équations reliant les deux appareils
varient grandement d’un site à l’autre du fait des différences suivantes :
les coefficients de Poisson intégrés dans les appareils sont différents (0,212 pour la GDP
et 0,35 pour le Prima 100 quoique ce dernier soit modifiable)
la GDP n’est pas munie d’un capteur d’effort. Autrement dit, l’effort pris en compte dans
la formule de calcul du module est un effort fixé par le constructeur (défini par la
configuration unique de la GDP) et non l’effort réel généré lors du lâcher de la masse. En
l’occurrence, cet effort est fixé à 7,07 kN ou soit une pression de contact de 100 kPa.
la technologie employée pour l’amortissement de la masse diffère également : un unique
amortisseur cylindrique pour la GDP et plusieurs amortisseurs coniques. Le temps
d’impulsion de la GDP est notamment fixé à 18 ms.
Il nous est pour l’heure, impossible de conclure quant à l’existence d’une corrélation avec
l’essai à la plaque statique belge du fait du nombre restreint d’essais ayant été menés et à fortiori
quant à la validité du tableau d’équivalence des modules donné par la norme (RVS 08.03.04, 2008).
85
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Chapitre 3 - Conclusion
L’objectif de cette étude est de trouver des corrélations satisfaisantes (R² > 0,7) entre le
Prima 100 et d’autres essais de portance de couches plus fréquemment rencontrés sur chantier afin
de pouvoir légitimer l’utilisation du Prima 100 comme un outil de réception mais aussi un outil de
suivi. Ce désir naît des nombreux avantages (plus grande maniabilité, accès facilité à certains endroits
exigus pour d’autres essais …) que procure le Prima 100 en comparaison des essais classiques plus
encombrants (par ex : essai à la plaque statique belge).
Il nous a donc fallu dans un premier temps faire un bilan de l’état de l’art puis établir un
protocole d’essai afin de pouvoir employer efficacement le Prima 100 sur chantier. Les trois
interventions sur site : la digue de Rouen, la planche Quenast et le chantier de Lessines ont
notamment permis d’affiner ce protocole. Au travers de l’exploitation des résultats recueillis sur ces
sites, l’auteur de ce mémoire a envisagé un grand nombre de corrélations avec des essais
« canoniques » (essai à la plaque statique belge, sonde de battage légère, gammadensimètre …).
L’étude bibliographique a souligné l’existence de nombreux facteurs influant sur le module
mesuré par le Prima 100 tels :
le « bulbe d’influence » ou bulbe de diffusion des contraintes défini à la fois par le
diamètre de la plaque de chargement mais aussi par l’intensité de l’effort généré lors du
lâcher de la masse.
le choix d’un facteur de rigidité pertinent.
la nature des matériaux (forme des granulats, exposition au gel/dégel, stress-
dependency …).
la configuration des équipements (hauteur de chute, masse choisie, diamètre de la
plaque …).
Grâce à la consultation de normes et de guides, l’auteur a pu recouper les informations
nécessaires pour établir une synthèse de toutes les recommandations en matière de manipulation
du Prima 100. Les points suivants ont ainsi été abordés :
conditions climatiques favorables à la réalisation d’un essai
état de la surface de contact favorable à la réalisation d’un essai
choix des équipements
facteurs à renseigner dans le PDA (coefficient de Poisson ν et facteur de rigidité A)
hauteur de chute
nombre de lâchers
intervalle des déflexions admissibles…
Suite à l’intervention sur le site de Lessines, l’auteur a pu arrêter deux protocoles P1 et P2. Si
le protocole P1 est identique à celui de la plaque dynamique allemande autorisant ainsi de meilleures
corrélations entre les deux appareils, le protocole P2 permet d’obtenir un module minimum pour un
type de matériau donné – module pertinent dans le cadre d’une démarche sécurité. Cependant la
réalisation d’un protocole P1 est moins longue que celle d’un protocole P2.
86
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
L’auteur a aussi pu observer qu’en présence d’une croissance de la portance du sol dans le
temps (réaction pouzzolanique de la chaux ou plus simplement compactage), les modules mesurés
au Prima 100 augmentaient eux aussi. Le Prima 100 est donc à même de suivre l’évolution du
compactage d’un sol ou bien l’avancement d’une réaction au sein du sol. L’utilisation du Coefficient
de Variation (CoV) a quant a lui souligné la faible dispersion des résultats de plusieurs lâchers pour
une même configuration d’essai. Ces deux éléments nous invitent à considérer le Prima 100 comme
un outil de suivi.
Les diverses entreprises de corrélations conduisent à quatre conclusions :
Il est difficile de corréler le Prima 100 avec un essai qui ne partage pas un principe de
fonctionnement similaire (Par exemple : le poinçonnement statique de l’essai IPI).
La qualité des corrélations avec l’essai à la plaque statique belge, la German Dynamic
Plate (GDP), la sonde de battage légère et l’essai PANDA évolue positivement sur un
matériau traité à la chaux.
La sonde de battage légère et la plaque dynamique allemande semblent se corréler
efficacement avec le Prima 100 même s’il n’existe pas de corrélation universelle (i.e.
indépendante de la nature du matériau ou encore de l’épaisseur des couches sollicitées).
Les données actuelles sont insuffisantes pour conclure quant à la non-corrélation ou
corrélation entre l’essai à la plaque belge et le Prima 100.
Le Prima 100 est donc un outil pouvant assurer le suivi d’un chantier à la condition de mener
parallèlement des essais à la plaque statique en attendant l’obtention définitive d’une corrélation
probante entre ces deux appareils.
Cette même absence de corrélation entre l’essai à la plaque statique belge, l’outil de
réception en matière de terrassement et le Prima 100 nous interdit de considérer ce dernier comme
un outil discriminant. Les corrélations présentées dans ce mémoire on été établies à chaque fois sur
3 ou 4 points. Il est donc nécessaire de rejoindre les conclusions de la norme allemande ZTVA-StB 97
et de la spécification britannique Interim Advice Note 73/06 qui stipulent que l’essai au
déflectomètre léger doit absolument être préalablement corrélé à un essai classique avant toute
intervention sur site afin que le module mesuré puisse être corrigé. Si l’essai au Prima 100 est
reconnu et validé par les britanniques, il est néanmoins employé avec une certaine prudence en
attendant l’établissement d’une base de données par la UK HIghways Agency dont l’objectif est la
définition d’une table de conversion (in fine, d’une corrélation) entre le module mesuré par le Falling
Weight Deflectometer (FWD) et le module mesuré par le Prima 100 à l’instar de la norme
autrichienne RVS 08.03.04 (table de conversion entre l’essai à la plaque statique française et la GDP).
Afin de pourvoir définitivement instituer le LFWD comme un outil discriminant, l’entreprise
Lhoist doit considérer la création d’une campagne d’essai entre la plaque statique belge et le Prima
100 afin de pouvoir contrôler le plus grand nombre de paramètres qui président à l’obtention du
module ELFWD. Un matériau de nature bien défini, un traitement à la chaux uniforme et maîtrisé ou
encore un compactage contrôlé sont autant de paramètres qui mettront en évidence l’existence ou
l’inexistence d’une corrélation staisfaisante entre le Prima 100 et l’essai à la plaque statique.
87
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Bibliographie
Normes
Association, R. a. (2003). Tp BF - StB Teil 8.3. Dynamischer Plattendruckversuch mit Leichtem
Fallgewichtsgerätes.
ASTMInternational. (2007). ASTM 2583-07. Standard Test Method for Measuring Deflections with a
light Weight Deflectometer (LWD).
ASTMInternational. (2011). ASTM 2835-11. Standard Test Method for Measuring Deflections using a
Portable Impulse Plate Load Test Device.
BSI. (1999). British Standard 5950. Code of Practice for Site Investigation.
Forschunngsgesellschaft, Ö. (2008). RVS 08.03.04. Compaction Control by Means of Dynamic Plate
Loading Test.
HighwaysAgency. (2006). Interim Advice Note 73/06. Design Guidance for Road Pavement
Foundations - (Draft HD 25).
Institute, D. R. (2007). prVI 90-4:2007. Determination of surface modulus with Light Weight
Deflectometer.
Local Road Construction Working Committee. (1997). ZTVA-StB 97. Supplementary Technical Terms
and Conditions of Contract and Guidelines for Excavations and Digging-up in Traffic Areas
Guides ou recommandations
CRR. (2003). Contrôle du compactage des fondations. Aperçu des nouvelles méthodes de contrôle par
rapport à la pratique en Belgique.
CRR. (2002). Etude bibliographique des évolutions dans les méthodes de contrôle des couches de
fondations et des travaux de terrassement.
CRR. (2008). F26. Essai de chargement à la plaque pour le contrôle du compactage en technique
routière.
CRR. (2013). Les routes durables. Production, mise en oeuvre et contrôles.
Edwards, & Fleming. (2009). LWD Good Practice Guide - Draft 9.
Heczko. (2009). In-Situ Quality Control of Pavement Material Stiffness - Introduction to Prima 100
Light Weight Deflectometer. Enviroad 2009.
LEMMENS. Manuel d'intrusction. grindosonic.
88
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
SETRA. (2007). Conception et réalisation des terrassements - Fascicule 3: méthodes d'essais.
Articles scientifiques
B.Eng. (1993). The design of unsurfaced roads using geosynthetics.
CER. (2012). Digue sèche en limon traité à la chaux. Réalisation de l'ouvrage.
CRR. (2011). Caractérisation des sols à l'aide d'un pénétromètre dynamique léger à énergie variable
type PANDA.
Fleming, & Rogers. (1995). Assessment of Pavement Foundations During Construction. In Transport,
Proceedings of the Institution of Civil Engineers.
Fleming, Frost, & Lambert. (2006). A review of the lightweight deflectometer (LWD) for routine in situ
assessment of the pavement material stiffness. Transportation Research Record.
Fleming, Frost, & Rogers. (2000). A Comparison of Devices for Measuring Stiffness Insitu. Unbound
Aggregates in Road Conctruction.
Fleming, Frost, & Rogers. (2002). Insitu assessment of stiffness modulus for highway foundations
during construction.
Foster, & Ahlvin. (1954). Stresses and deflections induced by a uniform circular load. Proceedings,
Highway Research Board.
Gros. (1993). Use of a Portable Falling Weight Deflectometer: "Loadman". Publications of Road and
Transport Laboratory 20.
Hunt. (2006). Geotechnical Engineering Investigation Handbook Second Edition. Taylor & Francis
Group.
Kamiura, Sekine, Abe, & Maruyama. (2000). Stiffness evaluation of the subgrade and granular
aggregates using the portable FWD. Unbound Aggregates in Road Construction.
Lambert. (2007). Novel Assessment Test for Granular Road Foundation Materials.
Lin, Liau, & Lin. (2006). Factors Affecting Portable Falling Weight Deflectometer Measurements.
Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering.
Livneh. (1997). A portable FWD for determining in-situ asphalt layer moduli. Proceedings of the Fifth
International Rilem Symposium MTBM.
Nazzal. (2003). Field Evaluation of In-situ Test Technology for Qc/Qa during Construction of Pavement
Layers and Embankments. Louisiana State University.
89
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Nazzal, Abu-Farsakh, Alshibli, & Mohamed. (2004). Evaluating the Potential use of a Portable LFWD
for Characterising Pavement Layers and Subgrades Geotechnical Engineering for Transportation
Projects. Proceedings of Geo-Trans.
Peterson, Siekmeier, Nelson, & Peterson. (2006). Intelligent Soil Compaction - Technology, Results
and a Roadmap toward Widespread Use. 85th Transportation Research Board meeting.
Pidwerbesky. (1997). Predicting rutting in unbound granular basecourses from Loadman and other in
situ non-destructive tests. IPENZ Transactions.
Seyman. (2003). Laboratory Evaluation of In-Situ Tests as Potential Quality Control/Quality Assurance
Tools. Louisiana State University.
Siekmeier, Young, & Beberg. (2000). Comparison of the Dynamic Cone Penetrometer with Other Tests
Subgrade and Granular Base Characterization in Minnesota. Nondestructive Testing of Pavements
and Backcalculation of Moduli.
Steinert. (2005). Field and Laboratory Evaluation of the Portable Falling Weight Deflectometer.
University of Maine.
Steinert, Humphrey, & Kestler. (2006). Portable Falling Weight Deflectometers for Tracking Seasonal
Stiffness Variations in Asphalt Surfaced Roads. 85th Transportation Research Board Meeting.
Suarez. (2008). Estimation des propriétés mécaniques des sols et matériaux de chaussée non liée.
Université de Laval.
Ullidtz. (1998). Modelling Flexible Pavement Response and Performance. Polytecknisk Farlag.
Whaley. (1994). Non-Destructive Pavement Testing Equipment: Loadman, Falling Weight
Deflectometer, Benkelman Beam, Clegg Hammer. Department of Civil Engineering, University of
Canterbury.
Whitelow. (2001). Basic Soil Mechanics. Prentice Hall.
90
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE I
A.I.1. Essais en laboratoire
A.I.1.1. GrindoSonic
Principe:
L’instrument GrindoSonic (voir figure 42) utilise la technique de l’excitation par impulsion.
Cette méthode constitue un mode dynamique de détermination des modules élastiques de
matériaux. L’opération consiste à exciter l’objet sous contrôle par une légère impulsion mécanique et
à analyser le phénomène de vibration transitoire qui s’ensuit. Cette vibration naturelle est
déterminée par la géométrie et les propriétés physiques de l’échantillon.
Figure 42 : L'appareil GrindoSonic (source : Lemmens)
Un détecteur piézo-électrique est utilisé pour capter la vibration mécanique et la transformer
en signal électrique (voir figure 43). Ce signal est d’abord amplifié dans un amplificateur linéaire à
deux étages. Un circuit électronique détecte les passages à zéro, marquant les périodes successives
avec précision. Dès que le signal commence à décroître, l’instrument mesure chaque période et en
garde la valeur en mémoire. Ceci continue jusqu’à extinction virtuelle du signal. Finalement, le
microprocesseur fait l’analyse des informations stockées, sélectionne la composante fondamentale
du spectre et affiche le résultat de la mesure.
91
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 43 : Dispositif d'essai GrindoSonic (source : Lemmens)
Le module dynamique d’Young Ed, le module dynamique de cisaillement Gd et le coefficient
de Poisson ν sont données par les équations suivantes (Hunt, 2006):
(31)
(32)
(33)
Avec,
Ed, module dynamique d’Young (MPa)
Gd, module dynamique de cisaillement (MPa)
ν, coefficient de Poisson
Vp, vitesse des ondes de compression (kHz)
Vs, vitesse des ondes de cisaillement (kHz)
p, pression (kPa)
92
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.1.2. Indice Portant Immédiat (IPI)
Principe : NF P94-078
L’essai consiste à poinçonner l’échantillon de matériau compacté par pénétration d’un
poinçon cylindrique à vitesse constante (1,27 mm/min). On relève les valeurs des forces
correspondant à des enfoncements de 2,5 et 5 mm. On rapporte ces valeurs à celles obtenues sur un
matériau de référence pour en déduire la valeur de l’Indice Portant recherché.
L’indice Portant Immédiat (IPI) est obtenu lorsque l’on effectue l’essai de poinçonnement,
sans surcharge, aussitôt après la confection de l’éprouvette. (SETRA, 2007)
Figure 44 : Essai de poinçonnement (source : SETRA (2007))
A.I.1.3. California Bearing Ratio (CBR)
Principe: NF P94-078
L’essai CBR est relativement similaire à l’essai IPI. L’indice CBR immersion est mesuré après 4
jours d’immersion dans l’eau. Dans ce cas, l’éprouvette est recouverte de surcharges permettant de
fretter la surface de l’échantillon et l’on mesure le gonflement linéaire de l’éprouvette. (CRR, 2003)
93
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.1.4. Essai de traction indirecte
Principe: NF P98-232-3 et NF EN13286-43
L’essai consiste à soumettre une éprouvette de matériau traité à une compression
diamétrale par l’intermédiaire d’une presse (voir figure 45). Pour déterminer le coefficient de Poisson
ν et le module de traction indirecte Etb, on enregistre pendant l’essai, la force F, les variations de
longueur du diamètre horizontal et du diamètre incliné à 60°. Pour déterminer la résistance R, on
enregistre la force F jusqu’à la rupture de l’éprouvette.
Figure 45 : Dispositif de l'essai de traction indirecte (source : NF P 98-232-3)
Légende :
1. Pièces de chargement de la presse
2. Eprouvette
3. Diamètre horizontal
4. Bandes de chargement
5. Diamètre incliné à 60°
Cet essai permet de déterminer le coefficient de Poisson ν, un module sécant Etb et une
résistance Rtb définis par les équations suivantes :
(34)
(35)
(36)
94
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
(37)
Avec,
Etb, module sécant à 30% de la résistance en compression diamétrale du matériau (MPa)
Rtb, résistance en compression diamétrale du matériau (MPa)
ΔΦ60, raccourcissement du diamètre incliné de 60° par rapport à l’horizontale de
l’éprouvette correspondant à 0,3Fr (cm)
ΔΦ0, allongement du diamètre horizontal de l’éprouvette correspondant à 0,3Fr (cm)
Fr, force aplliquée sur la génératrice de l’éprouvette au moment de la rupture (N°
h, hauteur de l’éprouvette (cm)
Φ, diamètre de l’éprouvette (cm)
A.I.1.5. Essai triaxial
Principe: NF P94-074
L'essai de compression triaxiale permet de mieux accéder aux propriétés mécaniques des
matériaux, car il affecte l'état de contraintes in situ. Ce type d'essai permet de contrôler et de
mesurer la pression interstitielle, d'appliquer une gamme de pression de confinement (isotrope ou
anisotrope) pour consolider initialement l'échantillon à un état prédéfini. Les différents types d'essai
réalisables sont :
essai UU (Unconsolidated-undrained) : essai non consolidé non drainé effectué sur matériau
saturé ou non
essai CU (Consolidated-undrained) : essai consolidé non drainé sur matériau saturé ou non
essai CU+u (Consolidated-undrained) : essai consolidé non drainé sur matériau saturé avec
mesure de la pression interstitielle
essai CD (Consolidated-drained) : essai consolidé drainé sur matériau saturé
L'essai de compression triaxiale est effectué à l'aide d'une cellule triaxiale en acier
inoxydable. Le dispositif doit permettre la mesure de la quantité de fluide drainé afin de contrôler la
variation volumétrique, et peut également être équipé d'un capteur de pression pour mesurer la
pression interstitielle. L'éprouvette est recouverte d'une membrane imperméable avant d'être
montée dans la cellule triaxiale. Une fois l'éprouvette montée, la cellule est remplie du liquide de
confinement (de l'eau ou de l'huile hydraulique). Ce dispositif est ensuite placé entre les deux
plateaux de la presse et branché à l'air afin de consolider l'échantillon à la pression de confinement
souhaitée. Lorsque la variation volumétrique de l'échantillon est stable, l'échantillon a été consolidé
et on applique une charge déviatorique au piston de la cellule triaxiale pour cisailler l'éprouvette
jusqu'à la rupture.
95
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 46 : Dispositif de l'essai triaxial (source : coursgeniecivil.blogspot.de)
Drainage + Mesure de la pression
interstitielle
96
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.2. Essais in situ
A.I.2.1. Essai à la plaque statique française
Principe:
Le principe de l’essai consiste à mesurer, à l’aide d’une poutre de Benkelman (voir figure 47)
et d’une plaque métallique de 60 cm de diamètre, le module de portance EV2 de la structure. L’essai
est mené en deux temps : on applique un premier chargement de 250 kPa de façon à stabiliser la
déformation permanente de la structure puis un second chargement de 200 kPa à partir duquel on
détermine sur base de respectivement le coefficient de Poisson, le diamètre de la plaque,
l’enfoncement mesuré de la plaque et la pression moyenne exercée sur la structure. (CRR, 2003)
Figure 47 : Essai à la plaque statique (source : www.ginger-cebtp.com)
A.I.2.2. Essai à la plaque statique belge
Principe:
L'essai est réalisé par chargement d'une plaque circulaire rigide de 200 cm2 ou 750 cm2
suivant la granularité du matériau testé. Les charges sont appliquées par paliers, le passage à la
charge supérieure n'étant admis que lorsque la vitesse de déformation verticale du massif, mesurée
par 3 comparateurs symétriquement disposés par rapport au centre de la plaque, est inférieure à
une limite fixée. (CRR, 2008)
97
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 48 : Essai à la plaque belge (source : CRR F26 (2008))
La courbe (pression, déformation) permet de calculer un coefficient de compressibilité ME
caractérisant la couche intéressée (voir figure 49):
(38)
Avec,
D : diamètre de la plaque (mm)
Δp : accroissement de la pression sur la plaque (MPa)
Δh : accroissement du tassement de la plaque correspondant à Δp (mm)
Après un déchargement jusqu’au niveau de la précharge, il est recommandé d’effectuer un
second cycle.
Figure 49 : Diagramme de chargement à la plaque (source : (CRR, F26, 2008))
98
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
L’essai à la plaque statique belge est un outil de réception dont les critères à vérifier sont les
suivants :
Dans le corps des remblais, 11 MPa
Au sommet des remblais, 17 MPa
En surface des sous-fondations, 35 MPa
En surface des fondations, 110 MPa
A.I.2.3. Falling Weight Deflectometer (FWD)
Principe:
Le FWD est monté sur une remorque. Cet appareil comprend une masse levée et relâchée
mécaniquement sur une plaque métallique d’un diamètre de 300 mm via des coussinets en
caoutchouc. Toutes les opérations sont réalisées par l’ordinateur de contrôle situé à l’intérieur du
véhicule tracteur. La hauteur de chute, la masse et les diamètres de la plaque peuvent être changés
afin d’obtenir la pression de contact recherchée (sur une large gamme). La durée de l’impulsion est
de 25 à 40 ms selon la nature du matériau testé. La force appliquée et les déflexions sont
enregistrées automatiquement par 7 géophones espacés. Les rigidités de chaque couche peuvent
alors être rétro-calculées. Cependant pour des matériaux non liés, il est d’usage d’utiliser seulement
le géophone central (au centre de la plaque métallique) et de déterminer un module composite. Le
géophone central repose sur le sol grâce à un trou ménagé dans la plaque de chargement. (Fleming,
Frost, & Rogers, Insitu assessment of stiffness modulus for highway foundations during construction,
2002)
Figure 50 : Falling Weight Deflectometer (source : www.innopave.com)
99
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.2.4. Clegg Hammer
Principe:
Le marteau qui est actionné manuellement dans un tube guide vertical est équipé d’un
accéléromètre piézoélectrique. Quand le marteau est relâché à partir d’une hauteur fixe (45 cm), il
frappe la surface avec une certaine décélération qui est fonction de la rigidité des matériaux
constituant la couche testée. L’accéléromètre envoie un signal au système d’acquisition digital qui
enregistre la décélération sous la forme de Valeur d’Impact Clegg dont l’unité est le CIV (1 CIV égal 10
g, g étant l’accélération de la pesanteur).
Actuellement 4 types d’appareils équipés d’un marteau de 0,5 kg et de 2,25 kg sont
disponibles pour les essais sur des sols. Les appareils avec un marteau de 4,5 kg et 20 kg sont plus
spécialement conçus pour le contrôle des travaux routiers. (CRR, Etude bibliographique des
évolutions dans les méthodes de contrôle des couches de fondations et des travaux de terrassement,
2002)
Figure 51 : Clegg Hammer Impact (source : Lambert (2007))
A.I.2.5. German Dynamic Plate (GDP)
Principe: Tp BF - StB Teil 8.3. (Allemagne) et RVS 08.03.04. (Autriche)
L’appareil, d’un poids total de 15 kg, est constitué d’une plaque de 300 mm de diamètre et
de 20 mm d’épaisseur munie d’un embout sur laquelle est attachée une tige guide qui permet le
coulissement d’une masse tombante de 10 kg sur une hauteur de 1 mètre. Ce qui correspond à une
force d’impact maximum égale à 7 kN et une charge exercée sous la plaque de 0,1 MN/m². La durée
de l’impact est de l’ordre de 18 ms.
100
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 52 : German Dynamic Plate (source : HMP (2011))
Un accéléromètre, monté à l’intérieur de la plaque et relié au système de données, permet
de mesurer la déflection lors de l’impact. Le module de déformation dynamique Evd peut alors être
déterminé grâce à la relation suivante :
(39)
Avec,
Evd : le module dynamique (MPa)
r : rayon de la plaque (0,15 m)
σ : charge appliquée (0,1 MPa)
s : déflexion moyenne de la plaque
Remarque :
L’équation (39) est obtenue à partir des équations suivantes :
(40)
(41)
Avec,
P, l’effort généré lors du lâcher de la masse (kN)
ν, le coefficient de Poisson (Ici 0,212)
La méthode d’essai est la suivante (Tp BF - StB Teil 8.3, 2003) :
3 lâchers blancs
3 lâchers retenus
Evd est la moyenne des trois derniers lâchers
101
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Par ailleurs, cet instrument est similaire au Prima 100 si ce dernier est employé avec le
protocole P1 ou soit avec la hauteur de chute maximale et la même configuration. Néanmoins, il
existe deux différences fondamentales entre la GDP et le Prima 100 :
l’absence de capteur d’effort sur la GDP
la différence de fonctionnement entre l’accéléromètre et le géophone : la précision de
l’accéléromètre est de 20 μm alors que celle du géophone est de l’ordre du micron.
Remarque :
Contrairement au Prima 100, la GDP n’est pas un outil modulable : il est doté d’une
configuration arrêtée.
L’acceptation de la GDP comme outil de réception est discuté dans la partie 2.2.5.
A.I.2.6. L’appareil ODIN
Principe:
L’appareil ODIN est essentiellement composé d’un large marteau. La principale particularité
de cet appareil réside dans la possibilité de varier les pressions de contact selon le diamètre des
plaques de chargement (platine en contact avec le sol) et les différentes hauteurs de chute du
marteau. L’appareil ODIN calcule la rigidité du sol soumis à l’essai en intégrant deux fois la
décélération du sol et en mesurant la pression de contact. (B.Eng, 1993)
Figure 53 : L'appareil ODIN (source : B.Eng (1993))
102
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.2.7. Loadman
Principe:
L’appareil consiste en un tube en aluminium avec une unité électronique au sommet, une
plaque à la base et une masse tombante à l’intérieur du tube. La masse est retenue au sommet du
tube par un système électromagnétique. Cette masse tombe sur une plaque munie d’amortisseur en
caoutchouc et un accéléromètre mesure la décélération de la masse tombante. A partir de la
décélération une double intégration permet le calcul de la déflexion.
L’équipement d’un poids total de l’ordre de 16 kg pour une hauteur de 117 cm est muni
d’une masse tombante de 10 kg pour une hauteur de chute de 80 cm. Trois plaques sont utilisées
d’un diamètre de 132 mm, 200 mm et 300 mm. Le signal émis est traité par un système d’acquisition
de données qui donne des résultats de mesure sous la forme de la déflexion maximum, la capacité
portante calculée, et le ratio du rebond entre essai sur le même point. En général la mesure est
effectuée sur la quatrième impulsion. Il existe également un modèle embarqué dans un véhicule avec
une masse tombante de 50 kg et une hauteur de chute de 70 cm. (CRR, Etude bibliographique des
évolutions dans les méthodes de contrôle des couches de fondations et des travaux de terrassement,
2002)
Figure 54 : Loadman (source : Steinert (2005))
103
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.2.8. Soil Stiffness Gauge (SSG) ou Géogauge
Principe:
Le principe de cette sonde est de mesurer la tension répartie sur la surface de la couche
testée et la vitesse des ondes sismiques de surface résultant de ce chargement dynamique en
fonction du temps (impédance). Le chargement dynamique étant réalisé par la mise en œuvre de
faibles déplacements de la surface testée (< 1,27.10-6 m) pour 25 fréquences d’équilibre comprises
entre 100 et 196 Hz qui sont appliquées sur un anneau de contact avec la surface testée. Cet anneau
a un diamètre extérieur de 114 mm et un diamètre intérieur de 89 mm. La rigidité est déterminée
pour chaque fréquence et la moyenne est affichée à l’écran. L’ensemble de la mesure dure environ
deux minutes par point d’essai. Comme l’on peut en plus définir un coefficient de Poisson, il est
également possible d’obtenir la valeur du module d’élasticité E. (CRR, Etude bibliographique des
évolutions dans les méthodes de contrôle des couches de fondations et des travaux de terrassement,
2002)
Figure 55 : Soil Stiffness Gauge (SSG) ou Géogauge (source : Nazzal (2003))
A.I.2.9. Transportation Research Laboratrory (TRL) Foundation Tester
Principe:
Une masse de 10 kg soulevé manuellement est lâché à une hauteur contrôlée par l’opérateur
(maximum 1,2 m) et s’abat sur une plaque d’un diamètre de 300 mm via un unique coussinet en
caoutchouc. La masse totale de l’appareil est de 30 kg. La durée de l’impulsion créée lors de l’impact
varie entre 15 et 25 ms. La force appliquée est mesurée à l’aide d’un capteur d’effort. La déflexion
est obtenue par intégration de la vitesse mesurée par le géophone (velocity transducer). (Fleming,
Frost, & Rogers, Insitu assessment of stiffness modulus for highway foundations during construction,
2002)
104
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 56 : TRL Foundation Tester (source : Fleming et al (2002))
A.I.2.10. Dynamic Cone Penetrometer (DCP) ou sonde de battage légère
Principe:
Un train de tiges, muni d’une pointe de forme et de section adaptées à cet usage, est battu
dans le sol à l’aide d’un mouton de 10 kg tombant de 50 cm en chute libre. Les enfoncements sont
lus sur une latte télescopique, graduée en millimètres. L’enfoncement moyen par coup X ou
Penetration Rate (PR) en mm est calculé pour chaque couche de 10 cm de sol traversé.
Figure 57 : Sonde de battage légère ou DCP (source : Nazzal (2003))
105
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.2.11. L’appareil Panda
Principe:
L’essai Panda consiste à enfoncer par battage manuel, un train de tiges muni d’une pointe
conique de diamètre normalisé (2, 4 ou 10 cm²) dans le sol et à mesurer la résistance dynamique du
matériau en place. L’énergie de battage est fournie par le choc d’un marteau normalisé sur une tête
situé au sommet du train de tiges. Cette énergie est transmise en partie à la pointe qui, à chaque
coup, pénètre dans le sol sur une certaine profondeur variable selon la résistance du sol à la
pénétration dynamique. Un dispositif mesure à partir de senseurs, pour chaque coup de marteau,
l’énergie fournie et l’enfoncement du train de tiges (voir figure 58).
Figure 58 : Appareil Panda (source : SolSolution)
Toutes les données sont envoyées à un dispositif d’enregistrement qui calcule, sur base de la
formule des Hollandais (voir ci-après), la résistance dynamique à la pointe qd, et enregistre les
différents paramètres.
(42)
Avec,
qd, résistance dynamique de pointe (Pa)
m, masse du mouton (kg)
g, accélération de la pesanteur (m.s-2)
H, hauteur de chute du mouton (m)
A, section de la pointe (m²)
e, enfoncement moyen sous un coup (m)
106
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
m’, masse frappée (enclume, tige guide, tige et pointe, en kg)
L’ensemble des données est par la suite, interprété au moyen d’un logiciel informatique. Le
résultat de cet essai est une représentation graphique de la résistance dynamique en fonction de la
profondeur appelée pénétrogramme. Ce pénétrogramme peut contenir les valeurs ponctuelles ou
moyennes. Depuis 2006, une échelle en indice CBR (%) est également disponible.
A.I.2.12. Le pénétromètre statique 200
Principe:
L'essai de pénétration statique au cône mécanique (CPT-M) réalisé selon la norme
européenne EN 22476-12, consiste à foncer dans le sol, à une vitesse suffisamment faible
(généralement 2 cm/sec), un train de tubes muni à sa partie inférieure d'une pointe de sondage de
forme conique et à mesurer à intervalles de profondeur déterminés, la résistance au cône, la
résistance totale à l'enfoncement et/ou la résistance au frottement local. Les résistances sont
transmises mécaniquement vers le système de mesure placé au-dessus du niveau du sol.
L'enfoncement des tubes est discontinu.
Lors de l'enfoncement des tubes, la résistance totale à l'enfoncement est mesurée. Pour la
mesure de résistance au cône, celui-ci est enfoncé au moyen des tiges intérieures tandis que les
tubes de sondage et les autres éléments de la pointe de sondage restent immobiles. Si la pointe de
sondage est munie d'un manchon de frottement, la mesure de la somme de la force sur le cône et de
la force de frottement sur le manchon est obtenue par l'enfoncement simultané du cône et du
manchon, tandis que les tubes et les autres éléments de la pointe de sondage restent immobiles.
Figure 59 : Pénétromètre statique (source : www.lb.auf.org)
107
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.2.13. Le gammadensimètre
Principe:
Le principe des mesures par gammadensimètre repose sur le comptage des particules
gamma produites par une source radioactive (Césium 137) placée à l'extrémité d'une tige en acier et
qui traversent un certain volume de matériau connu. La valeur dépend de la différence entre le
nombre de particules émises par la source radioactive située en profondeur et le nombre de
particules recueillies par le ou les récepteurs situés sur le sol. Ce flux étant fonction de la masse
volumique du matériau traversé, il est possible de déterminer cette grandeur.
Figure 60 : Gammadensimètre Humidimètre 3430 (source : www.igm.fr)
A.I.2.14. L’anneau volumétrique
Principe:
Le principe de la méthode consiste à enfoncer dans le sol, un cylindre de volume déterminé
muni d'une trousse coupante à son extrémité inférieure et à récupérer l'échantillon le moins
perturbé possible afin d'en déterminer la masse volumique par pesage. Durant cet essai, la teneur en
eau est également déterminée.
108
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
A.I.2.15. L’aiguille Proctor
Principe:
L’aiguille Proctor est constituée d’un ressort travaillant en compression et pouvant supporter
une charge totale de 50 kg. Elle est livrée avec sept embouts cylindriques interchangeables. La
section de l’embout à visser à l’extrémité de l’aiguille est fonction de la résistance du sol à évaluer.
L’embout est enfoncé dans le sol par l’intermédiaire du ressort comprimé. L’effort maximum
enregistré au cours de la pénétration est noté grâce à une bague mobile se déplaçant sur une tige
solidaire de la poignée, lorsque le ressort est comprimé. La tige est graduée en kilogrammes-force.
L’aiguille doit être enfoncée à 1 cm/s environ jusqu’à une profondeur de 7,5 cm. A partir de la valeur
d’effort lue sur l’anneau gradué, il est possible d’obtenir l’IPI.
Figure 61 : Aiguille Proctor (source : DOFEAS (2012))
109
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE II
Figure 62 : Plaquette technique du Prima 100 (source : Carl Bro))
110
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE III
Tableau 21 : Récapitulatif des chaussées auscultés par Steinert (source : Steinert (2005))
111
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE IV
Tableau 22 : Matériaux auscultés par Seyman (source : Seyman (2003))
112
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE V
Figure 63 : Coupe de la chaussé de l'autoroute US 190 (source : Nazzal et al (2004))
Figure 64 : Coupe de la chaussée de la Louisiana State Highway 182 (source : Nazzal et al (2004))
113
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 65 : Coupes des chaussées expérimental du site Accelerated Load facility (source : Nazzal et al (2004))
115
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE VII
Figure 66 : Courbe granulométrique du sable pur (source: (CRR, 2011))
116
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 67 : Courbe granulométrique du sable de concassage (source: (CRR, 2011))
Figure 68 : Courbe granulométrique du limon pur (source: (CRR, 2011))
117
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE VIII
Figure 69 : Corrélations des modules sur la couche 6 du sable pur
Figure 70 : Corrélations des modules sur la couche 6 du sable de concassage
y = 0,8453x - 0,574 R² = 0,1302
y = 1,3938x + 7,0177 R² = 0,4081
y = 0,3598x - 4,6988 R² = 0,2854
0
5
10
15
20
25
30
35
0 20 40 60 80 100
EL
FW
D (
MP
a)
Evd, M1, M2 (MPa)
Corrélations des modules
LFWD-GDP
LFWD-M1
LFWD-M2
y = 0,0569x + 45,789 R² = 0,0026
y = 0,0928x + 46,307 R² = 0,0013
y = 0,053x + 41,801 R² = 0,0086
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100 120 140
EL
FW
D (
MP
a)
Evd, M1, M2 (MPa)
Corrélations des modules
LFWD-GDP
LFWD-M1
LFWD-M2
118
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 71 : Corrélation des modules sur la couche 3 du limon traité
Figure 72 : Corrélation des modules sur la couche 6 du limon traité
Légende :
ELFWD : Module mesuré par le Prima 100 (MPa)
Evd : Module mesuré par la plaque dynamique allemande GDP (MPa)
M1: Coefficient de compressibilité du premier cycle de chargement lors de l’essai à la
plaque statique belge (MPa)
M2 : Coefficient de compressibilité du deuxième cycle de chargement lors de l’essai à la
plaque statique belge (MPa)
y = 1,3234x + 10,68 R² = 0,7703
y = 1,6871x + 8,4343 R² = 0,7966
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0 20 40 60 80 100
EL
FW
D (
MP
a)
Evd, M1, M2 (MPa)
Corrélations des modules C3
LFWD-GDP
LFWD-M1
y = 1,0865x + 45,461 R² = 0,743
y = 0,4159x + 102,33 R² = 0,0364
y = 0,4383x + 76,749 R² = 0,0953
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
0 20 40 60 80 100 120
EL
FW
D (
MP
a)
Evd, M1, M2 (MPa)
Corrélations des modules C6
LFWD-GDP
LFWD-M1
LFWD-M2
119
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE IX
Figure 73 : Influence du facteur de rigidité
Figure 74 : Influence du coefficient de Poisson
y = 1,312x + 6,5677 R² = 0,7966
y = 1,6705x + 8,3623 R² = 0,7966
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0 20 40 60 80
ELFW
D (
MP
a)
Coefficient de compressibilité M1 (MPa)
Corrélation M1 - ELFWD, ν=0,35
facteur de rigidité: Pi/2
facteur de rigidité: 2
Linéaire (facteur de rigidité: Pi/2)
Linéaire (facteur de rigidité: 2)
y = 1,312x + 6,5677 R² = 0,7966
y = 1,4354x + 7,1852 R² = 0,7966
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0 20 40 60 80
ELFW
D (
MP
a)
Coefficient de compressibilité M1 (MPa)
Corrélation M1 - ELFWD, A=Pi/2
coefficient de Poisson: 0,35
coefficient de Poisson: 0,2
Linéaire (coefficient de Poisson: 0,35)
Linéaire (coefficient de Poisson: 0,2)
120
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE X
Figure 75 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 6 du sable pur
Figure 76 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 6 du sable de concassage
y = -17,31ln(x) + 86,957 R² = 0,3565
y = -17,52ln(x) + 77,269 R² = 0,6567
y = -25,58ln(x) + 82,915 R² = 0,7355
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60
Mo
du
le (
MP
a)
Enfoncement (mm/coup)
Corrélations LFWD-DCP
LFWD-X0
LFWD-X1
LFWD-X2
Log. (LFWD-X0)
Log. (LFWD-X1)
Log. (LFWD-X2)
y = -3,286ln(x) + 59,303 R² = 0,0181
y = -4,31ln(x) + 54,446 R² = 0,218
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60
Mo
du
le (
MP
a)
Enfoncement (mm/coup)
Corrélations LFWD-DCP
LFWD-X0
LFWD-Xf
Log. (LFWD-X0)
Log. (LFWD-Xf)
121
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 77 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 3 du limon traité
Figure 78 : Corrélation Prima 100 - Sonde de battage légère sur la couche 6 du limon traité
Légende :
X0 : enfoncement initial (mm/coup)
X1 : enfoncement 1ère couche (mm/coup)
X2 : enfoncement 2ème couche (mm/coup)
Xf : enfoncement final (mm/coup)
Xs : enfoncement minimal de la couche (mm/coup)
Xfd : enfoncement maximal de la couche (mm/coup)
Xm : enfoncement moyen de la couche (mm/coup)
y = -108,3ln(x) + 351,98 R² = 0,694
y = -184,2ln(x) + 625,44 R² = 0,7559
y = -156,6ln(x) + 508,71 R² = 0,7363
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Mo
du
le (
MP
a)
Enfoncement (mm/coup)
Corrélations LFWD-DCP C3
LFWD-Xs
LFWD-Xfd
LFWD-Xm
y = -117,9ln(x) + 444,1 R² = 0,81
y = -61,67ln(x) + 290,03 R² = 0,8666
y = -107,9ln(x) + 419,19 R² = 0,9477
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
0 10 20 30 40
Mo
du
le (
MP
a)
Enfoncement (mm/coup)
Corrélations LFWD-DCP C6
LFWD-Xs
LFWD-Xfd
LFWD-Xm
122
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XI
Figure 79 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 6 du sable pur
Figure 80 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 6 du sable pur
y = 0,424x + 23,843 R² = 0,0001
y = 9,5262e0,1661x R² = 0,8458
y = 8,0829e0,0929x R² = 0,4467
y = 7,0076e0,0805x R² = 0,4629
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 2 cm²
LFWD-qd0
LFWD-qd1
LFWD-qd2
LFWD-qdprof
Linéaire (LFWD-qd0)
y = -19,663x + 49,546 R² = 0,85
y = 10,913e0,164x R² = 0,2475
y = 6,5842e0,1329x R² = 0,5348 y = 7,6906e0,0816x
R² = 0,6728
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 4 cm²
LFWD-qd0
LFWD-qd1
LFWD-qd2
LFWD-qdprof
Linéaire (LFWD-qd0)
123
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 81 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 6 du sable de concassage
Figure 82 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 6 du sable de concassage
y = -1,6215x + 50,547 R² = 0,025
y = -3,0604x + 70,244 R² = 0,1931
y = -3,083x + 94,023 R² = 0,7461
y = -1,152x + 70,345 R² = 0,2089
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 2 cm²
LFWD-qd0
LFWD-qd1
LFWD-qd2
LFWD-qdprof
Linéaire (LFWD-qd0)
y = 10,361x + 36,75 R² = 0,1081
y = 1,3321x + 38,415 R² = 0,1013
y = 0,7755x + 36,659 R² = 0,0692
y = 0,2475x + 43,191 R² = 0,0262
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 4 cm²
LFWD-qd0
LFWD-qd1
LFWD-qd2
LFWD-qdprof
124
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 83 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 3 du limon traité
Figure 84 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 2 cm²) sur la couche 6 du limon traité
y = 15,404e0,2408x R² = 0,8058
y = 44,4e0,1835x R² = 0,0807
y = 14,643e0,332x R² = 0,7224
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
0 2 4 6 8 10
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 2 cm² C3
LFWD-qdmax
LFWD-qdmin
LFWD-qdmoy
y = 10,122x + 43,471 R² = 0,3982
y = 10,358x + 65,042 R² = 0,3292
y = 12,872x + 41,865 R² = 0,5005
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
0 2 4 6 8 10
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 2 cm² C6
LFWD-qdmax
LFWD-qdmin
LFWD-qdmoy
125
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 85 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 3 du limon traité
Figure 86 : Corrélation Prima 100 - Panda (pointe 4 cm²) sur la couche 6 du limon traité
Légende :
qd0 : résistance dynamique à la pointe initiale (MPa)
qd1 : résistance dynamique à la pointe à la base de la 1ère couche (MPa)
qd2 : résistance dynamique à la pointe à la base de la 2ème couche (MPa)
qdprof : résistance dynamique à la pointe en profondeur (MPa)
qdmax : résistance maximale de la couche (MPa)
qdmin : résistance minimale en fond de couche (MPa)
qdmoy : résistance moyenne de la couche (MPa)
y = 35,208e0,1105x R² = 0,8243
y = 16,13e0,3887x R² = 0,4053
y = 16,481x - 7,1824 R² = 0,6955
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0 5 10 15
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 4 cm² C3
LFWD-qdmax
LFWD-qdmin
LFWD-qdmoy
y = 16,499x + 2,6575 R² = 0,6814
y = 26,745x - 20,076 R² = 0,8032
y = 25,9x - 20,952 R² = 0,8123
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
0 2 4 6 8 10
EL
FW
D (
MP
a)
qd (MPa)
Corrélation LFWD-Panda 4 cm² C6
LFWD-qdmax
LFWD-qdmin
LFWD-qdmoy
126
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XII
Figure 87 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 6 du sable pur
Figure 88 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 6 du sable de concassage
y = 4,5495x - 27,277 R² = 0,4139
y = 6,983x - 55,948 R² = 0,8486
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15
ELFW
D (
MP
a)
teneur en eau (%)
Corrélation E et w%
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
y = -5,0476x + 75,562 R² = 0,1331
y = -0,3893x + 50,664 R² = 0,001
0
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8
ELFW
D (
MP
a)
teneur en eau (%)
Corrélation E et w%
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
127
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 89 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 3 du limon traité
Figure 90 : Corrélation Prima 100 - Teneur en eau sur la couche 6 du limon traité
y = 7,1673x - 77,227 R² = 0,0173
y = -7,9283x + 237 R² = 0,0099
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
20 20,5 21 21,5 22
ELFW
D (
MP
a)
teneur en eau (%)
Corrélation E et w% C3
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
y = 33,072x - 651,24 R² = 0,4669
y = 13,313x - 197,6 R² = 0,0343
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
21 21,5 22 22,5 23 23,5
ELFW
D (
MP
a)
teneur en eau (%)
Corrélation E et w% C6
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
128
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XIII
Figure 91 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 6 du sable pur
Figure 92 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 6 du sable de concassage
y = 137,9x - 199,62 R² = 0,4899
y = 317,92x - 491,56 R² = 0,7603
0
5
10
15
20
25
30
35
1,56 1,58 1,6 1,62 1,64 1,66 1,68
ELFW
D (
MP
a)
Masse volumique sèche (gr/cm3)
Corrélation E et Masse volumique sèche
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
y = -2,193x + 52,121 R² = 0,0003
y = 105,68x - 153,31 R² = 0,1855
0
10
20
30
40
50
60
70
1,8 1,85 1,9 1,95 2
ELFW
D (
MP
a)
Masse volumique sèche (gr/cm3)
Corrélation E et Masse volumique sèche
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
129
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 93 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 3 du limon traité
Figure 94 : Corrélation Prima 100 - Masse vol. sèche sur la couche 6 du limon traité
y = 296,63x - 362,31 R² = 0,4854
y = 324,87x - 417,87 R² = 0,7547
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6
ELFW
D (
MP
a)
Masse volumique sèche (gr/cm3)
Corrélation E et Masse volumique sèche C3
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
y = 304,85x - 359,03 R² = 0,3092
y = 302,26x - 381,49 R² = 0,7311
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65
ELFW
D (
MP
a)
Masse volumique sèche (gr/cm3)
Corrélation E et Masse volumique sèche C6
anneau volumétrique
gammadensimètre
Linéaire (anneau volumétrique)
Linéaire (gammadensimètre)
130
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XIV
Figure 95 : Corrélation Prima 100 - pénétromètre statique sur la couche 6 du sable pur
Figure 96 : Corrélation Prima 100 - pénétromètre statique sur la couche 6 du sable de concassage
y = 15,892x - 18,413 R² = 0,9109
y = 2,4566x - 7,3904 R² = 0,9049
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20
ELFW
D (
MP
a)
qc (MPa)
Corrélation LFWD et pénétromètre statique
qc0
qcmoy
Linéaire (qc0)
Linéaire (qcmoy)
y = -0,4287x + 49,817 R² = 0,0079
y = 0,2575x + 42,162 R² = 0,0469
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25 30
ELFW
D (
MP
a)
qc (MPa)
Corrélation LFWD et pénétromètre statique
qc0
qcmoy
Linéaire (qc0)
Linéaire (qcmoy)
131
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 97 : Corrélation Prima 100 - pénétromètre statique sur la couche 6 du limon traité
Légende :
qc0 : résistance à la pointe initiale mesurée à 20cm sous la surface (MPa)
qcmoy : résistance à la pointe moyenne (MPa)
y = 19,657x + 15,528 R² = 0,378
y = 15,863x + 9,6398 R² = 0,555
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0 1 2 3 4 5 6 7
ELFW
D (
MP
a)
qc (MPa)
Corrélation LFWD et pénétromètre statique C6
qc0
qcmoy
Linéaire (qc0)
Linéaire (qcmoy)
132
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XV
Figure 98 : Courbes Proctor du limon traité et non traité (source : CER (2012))
Figure 99 : Courbes IPI du limon traité et non traité (source : CER (2012))
15
16
17
18
19
10 15 20 25 30
Dry
den
sity
(k
N/m
³)
Water content (%)
Untreated
2.5% lime
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
10 12 14 16 18 20 22 24
IPI
(%)
Teneur en eau (%)
Courbes IPI sol Marche-les-Dames (juillet 2011)
Naturel
Traité 2% CaO
pts essai Toplimer 50
Traité 2.5% CaO
133
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XVI
Figure 100 : Corrélation Prima 100 - gammadensimètre sur la digue sèche
Figure 101 : Corrélation Prima 100 - gammadensimètre sur la planche NT
y = 30,324x - 31,829 R² = 0,0618
y = -102,22x + 189,14 R² = 0,1864
y = 58,662x - 62,972 R² = 0,005
0
10
20
30
40
50
60
70
1,62 1,64 1,66 1,68 1,7 1,72
ELFW
D (
MP
a)
ρsèche (t/m3)
Evolution de ELFWD en fonction de la masse volumique sèche
Couche 2
Couche 4
Couche 6
Linéaire (Couche 2)
Linéaire (Couche 4)
Linéaire (Couche 6)
y = -151,5x + 274,05 R² = 0,1457
0
2
4
6
8
10
12
1,745 1,75 1,755 1,76 1,765 1,77 1,775
ELFW
D (
MP
a)
ρsèche (t/m3)
Sol NT: ELFWD en fonction de la masse volumique sèche
Couche 3
Linéaire (Couche 3)
134
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XVII
Figure 102 : Corrélation Prima 100 - aiguille Proctor sur la digue sèche
y = -1,1075x + 41,817 R² = 0,4279 y = 0,4205x + 9,7575
R² = 0,05
y = 2,9027x - 27,801 R² = 0,1262
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25 30
ELFW
D (
MP
a)
IPI
Evolution de ELFWD en fonction de l'IPI
Couche 2
Couche 4
Couche 6
Linéaire (Couche 2)
Linéaire (Couche 4)
Linéaire (Couche 6)
135
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XVIII
Figure 103 : Corrélation Prima 100 - essai de traction indirecte sur la digue sèche
Légende :
Etb/moy : module d’élasticité en traction indirecte estimé à 30% de la contrainte maximale
(MPa)
y = 0,3319x - 303,43 R² = 0,5365
y = 0,0855x + 74,337 R² = 0,7965
y = 0,049x + 139,11 R² = 0,379
y = 0,1422x - 12,8 R² = 0,6166
0
50
100
150
200
250
300
350
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
ELFW
D (
MP
a)
Etb/moy (MPa)
Etb - ELFWD sol traité
Humidité 14%
Humidité 17.5%
Humidité 19%
Humidité 21%
136
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XIX
Figure 104 : Corrélation Prima 100 - Essai triaxial sur la digue sèche
Figure 105 : Corrélation Prima 100 - Essai triaxial sur la planche NT
Légende :
100, 200 et 300 kPa : pression appliquée l’échantillon
Esécant : la pente de la ligne droite joignant l'origine de la courbe contrainte axiale /
déformation à un point donné de la courbe correspondant à un pourcentage fixé de la
résistance au pic. (MPa)
y = 0,6265x - 449,09 R² = 0,0558
y = 0,2348x - 63,914 R² = 0,4346
y = 0,1506x + 22,218 R² = 0,4261
0
50
100
150
200
250
300
350
0 500 1000 1500 2000
EL
FW
D
Esécant
Esécant-ELFWD sol traité
100 kPa
200 kPa
300 kPa
y = 0,1017x - 90,726 R² = 0,6429
y = 0,0168x - 5,5684 R² = 0,9749
y = 0,0109x + 0,4954 R² = 0,9722
0
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000
EL
FW
D
E sécant
Esécant-ELFWD sol non traité
100 kPa
200 kPa
300 kPa
137
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XX
Figure 106 : Corrélation Prima 100 - GrindoSonic sur la digue sèche
Légende :
Ed : module dynamique d’Young (MPa)
y = 0,0751x + 55,894 R² = 0,6694
y = 0,0507x + 81,812 R² = 0,5566
y = 0,1387x - 13,318 R² = 0,5101
y = 0,0724x + 82,152 R² = 0,5598
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1000 2000 3000 4000 5000
ELFW
D (
MP
a)
Ed (MPa)
Ed-ELFWD sol traité
Humidité 14%
Humidité 17.5%
Humidité 19%
Humidité 21%
Linéaire (Humidité 14%)
Linéaire (Humidité 17.5%)
Linéaire (Humidité 19%)
Linéaire (Humidité 21%)
138
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XXI
Rapport du 17 juin 2013
Intervention sur le site de Ghislenghien
Informations générales :
Mission :
Réalisation d’essais au Prima 100 dans le cadre du PFE de l’étudiant Jean-Sébastien ARRIERO
Date de réalisation des essais :
13/06/2013
Equipe Lhoist :
OZTURK Tamer (Opérateur)
ARRIERO Jean-Sébastien (Opérateur)
Lot terrassement :
Entreprise X
Description du site :
Figure 107 : Vue d'ensemble du chantier de Lessines 1
139
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Figure 108 : Vue d'ensemble du chantier de Lessines 2
Etat hydrique et rhéologique du sol :
Argile bleue très plastique et détrempée
Conditions climatiques :
Pluie importante et vent
Circulation des engins de chantier :
Important trafic sur chantier
Descriptions des essais :
Réalisation de deux essais sur une première plate-forme en argile bleu traitée à 1% de chaux
et réalisation d’un troisième essai sur une deuxième plate-forme composée d’une couche d’argile
brune traitée à 2% de chaux (Cl 90-Q) surmontée d’une couche d’argile bleue traitée à 1% de Cl 90-Q
(chaux vive).
L’entreprise X a mené parallèlement aux trois essais au Prima 100, trois essais à la plaque
statique belge. Chaque essai au Prima 100 a été implanté à proximité d’un essai à la plaque statique
belge (pour l’implantation, voir ANNEXE XXI-I). Les essais ont été réalisés suivant le protocole P2 afin
de pourvoir déterminer un module minimum du matériau (voir « stress-dependency », 1.5.2.4.). La
configuration suivante du Prima 100 a été retenue :
Diamètre de la plaque Φ=300 mm
Masse M=10 kg
Rappel :
Le protocole P2 se déroule ainsi :
3 lâchers blancs à la première hauteur (i.e. la moins élevée)
3 lâchers à la première hauteur
3 lâchers à la deuxième hauteur
3 lâchers à la troisième hauteur
3 lâchers à la troisième hauteur (masse M=15 kg)
L’essai n°2 a nécessité un nivelage de la surface de contact du matériau.
140
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Données numériques :
Pour les rapports, voir ANNEXE XXI-II.
Tableau 23 : Résultats de l'essai 1 du chantier de Lessines (13/06/2013)
Tableau 24 : Résultats de l'essai 2 du chantier de Lessines (13/06/2013)
Tableau 25 : Résultats de l'essai 3 du chantier de Lessines (13/06/2013)
N° (lâcher) Masse (kg) Hauteur de chute F (kN) σ (kPa) σmean (kPa) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa)
1 10 h1 2,59 36,59 97,12 99,19
2 10 h1 2,65 37,46 95,98 102,74
3 10 h1 2,52 35,62 96,01 91,56
4 10 h2 4,75 67,23 225,66 78,42
5 10 h2 4,87 68,87 230,80 78,56
6 10 h2 4,94 69,85 229,87 80,00
7 10 h3 6,94 98,21 416,90 62,00
8 10 h3 7,09 100,29 448,96 58,81
9 10 h3 7,02 99,34 449,72 58,13
10 15 h3 10,24 144,91 970,27 43,83
11 15 h3 10,34 146,30 905,13 42,58
12 15 h3 10,56 149,41 962,24 40,87
97,83
78,99
59,64
42,43
Essai 1
36,56
68,65
99,28
146,87
N° (lâcher) Masse (kg) Hauteur de chute F (kN) σ (kPa) σmean (kPa) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa)
1 10 h1 2,82 39,89 177,71 59,16
2 10 h1 2,83 40,04 177,18 59,50
3 10 h1 2,80 39,58 170,85 60,98
4 10 h2 5,02 71,03 321,02 58,25
5 10 h2 4,89 69,12 332,43 54,73
6 10 h2 4,87 68,90 323,62 56,00
7 10 h3 7,00 99,03 537,29 48,70
8 10 h3 7,32 103,57 551,16 49,47
9 10 h3 7,34 103,84 542,48 50,39
10 15 h3 10,85 153,52 882,75 45,78
11 15 h3 11,16 157,88 933,14 44,90
12 15 h3 11,31 159,93 925,90 43,14
59,88
56,33
49,52
44,61
Essai 2
39,84
69,68
102,15
157,11
N° (lâcher) Masse (kg) Hauteur de chute F (kN) σ (kPa) σmean (kPa) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa)
1 10 h1 2,83 40,04 216,00 48,72
2 10 h1 2,90 41,03 214,37 50,38
3 10 h1 2,84 40,21 211,46 50,07
4 10 h2 4,85 68,61 453,71 39,81
5 10 h2 4,93 69,70 454,15 40,40
6 10 h2 4,92 69,58 452,17 40,51
7 10 h3 7,14 101,01 783,48 33,95
8 10 h3 7,11 100,55 784,78 33,73
9 10 h3 7,20 101,82 786,63 34,16
10 15 h3 10,61 150,06 1335,70 29,57
11 15 h3 10,83 153,14 1370,20 29,42
12 15 h3 10,82 153,04 1365,60 29,50
69,30
101,13
29,50
33,95
49,72
40,24
Essai 3
152,08
40,42
141
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Commentaires :
En premier lieu, nous avons observé à plusieurs reprises au cours des essais l’effet
préjudiciable causé par la proximité des engins de chantier sur l’acquisition des
informations par le PDA. En effet, la connexion Bluetooth du Prima 100 se désactivait
en présence de véhicules de chantier (distance de l’ordre de 10 m).
La qualité de l’alimentation du Prima 100 influe aussi sur la « réactivité » du PDA.
Nous avions déjà observé ce phénomène lors de notre précédente intervention sur le
site de Ghislenghien. L’état de charge des piles employées est donc à surveiller afin
d’optimiser l’utilisation du Prima 100.
Pour les essais 1 et 2 réalisés sur la plate-forme, nous obtenons une valeur moyenne
de module Emean (moyenne des lâchers de plus grande hauteur + masse M=10 kg) et
un coefficient de variation CoV (indicateur d’opérabilité):
Emean (MPa) 54,58
CoV (%) 13,11 Tableau 26 : Synthèse des résultats du 13/06/2013 (chantier de Lessines)
Nous pouvons remarquer que le CoV répond bien aux exigences du LWD Good
Practice Guide (2009).
Le protocole P2 permet de tracer les courbes du module E (mesuré par le Prima 100)
en fonction de la pression de contact σ. A partir de ces courbes et de leurs
interpolations, il est possible de déterminer un module minimum (que nous
pourrions considérer dans une optique de sécurité).
Figure 109 : Stress-dependency des essais sur le chantier de Lessines (13/06/2013)
142
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Tableau 27 : Modules minimaux évalués grâce à l'étude de la "stress-dependency"
Avec Emin, le module minimum et σmin la pression de contact minimale associée. Les
essais 2 et 3 présentent la même tendance bien qu’ils aient été menés sur deux
plateformes. Emin est déterminé à partir de l’étude des interpolations polynomiale.
Les coefficients de compressibilité M1 obtenus à l’aide de l’essai à la plaque statique
belge sont les suivants :
Essais M1 (MPa) E (MPa) E/M1
1 9,10 59,64 6,55
2 17,40 49,52 2,85
3 5,70 33,95 5,96 Tableau 28 : Rapports du module du Prima 100 sur le coefficient de compressibilité (chantier de Lessines, 13/06/2013)
Avec E, le module mesuré par le Prima 100.
Figure 110 : Essai à la plaque statique belge sur le chantier de Lessines
Essais σmin (kPa) Emin (MPa)
1 234,47 27,87
2 275,63 38,04
3 153,31 29,18
147
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XXII
Tableau 29 : Données du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 21/03/2013
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
2 3 10 7,64 543,25 52,384
3 3 10 7,4857 512,49 54,398
4 3 10 7,4629 508,87 54,618
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
6 1 10 2,8 106,82 97,74
6 1 10 2,7797 103,61 99,914
7 1 10 2,8758 94,755 113,03
8 1 10 2,8106 98,874 105,87
9 2 10 4,8448 192,06 93,947
10 2 10 4,91 198,59 93,138
11 3 10 7,1673 343,95 77,606
12 3 10 7,1428 333 79,894
13 3 15 10,761 657,46 60,956
14 3 15 11,271 639,79 65,612
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
15 3 10 7,6428 428,64 66,405
16 3 10 7,6941 427,55 67,022
17 3 10 7,6868 415,78 68,853
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
18 3 10 7,563 832,31 33,841
19 3 10 7,4613 789,66 35,189
20 3 10 7,5606 771,99 36,474
21 3 10 7,4702 754,8 36,859
22 3 10 7,4018 743,92 37,055
23 3 10 7,4488 719 38,59
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
24 3 10 7,3538 619,67 44,196
25 3 10 7,3725 591,55 46,415
26 3 10 7,3766 589,83 46,576
27 3 (retenu) 10 7,3253 590,92 46,167
28 3 (retenu) 10 7,3492 651,72 42,24
29 3 (retenu) 10 7,2772 645,53 41,984
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
30 3 10 7,7137 357,96 80,254
31 3 10 7,7275 352,65 81,607
32 3 10 7,6583 362,66 78,644
33 3 15 11,672 578,62 75,126
34 3 15 12,299 613,49 74,663
35 3 15 12,372 610,38 75,485
Essai 6 - 21/03/2013 - 3 lâchers blancs à h3
80,17 1,85
75,09 0,55
Essai 5 - 21/03/2013 - 3 lâchers blancs à h3
45,73 2,91
43,46 5,39
36,33 4,51
93,54 0,61
78,75 2,05
63,285,20
Essai 1 - 21/03/2013 - Protocole P1
67,43 1,89
Essai 3 - 21/03/2013 - Protocole P1
Essai 4 - 21/03/2013 - 3 lâchers blancs à h3
109,45 4,63
Essai 2 - 21/03/2013 - 2 lâchers blancs à h1
53,80 2,29
148
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
Tableau 30 : Données du Prima 100 sur le chantier de Lessines pour le 22/03/2013
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
36 3 10 7,3717 237,95 115,38
37 3 10 7,5345 235,65 119,08
38 3 10 7,4523 230,81 120,24
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
39 3 10 7,6111 17,5 329,94
40 3 10 7,686 17 314,58
41 3 10 7,7495 17 319,84
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
42 3 10 7,5858 335,3 84,257
43 3 10 7,7169 334,24 85,985
44 3 10 7,6526 333,44 85,472
N° (lâchers) h M (kg) Fappliquée (kN) δ (μm) E (MPa) Emean (MPa) CoV (%)
45 3 10 7,642 346,29 82,187
46 3 10 7,5557 340,4 82,666
47 3 10 7,537 340,41 82,458
82,44 0,29
2,43
Essai 9 - 22/03/2013 - Protocole P1
85,24 1,04
Essai 10 - 22/03/2013 - Protocole P1
Essai 7 - 22/03/2013/ Protocole P1
118,23 2,15
Essai 8 - 22/03/2013 - Protocole P1
321,45
149
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XXIII
Figure 111 : Stress-dependency de l'essai 2 du chantier de Lessines (21/03/2013)
Figure 112 : Stress-dependency des essais 1, 2 et 3 du chantier de Lessines (22/03/2013)
y = 0,002x2 - 0,7863x + 138,06 R² = 0,9791
0
20
40
60
80
100
120
0,000 50,000 100,000 150,000 200,000
Emea
n (
Mp
a)
σ (kPa)
Evaluation Stress-Dependency - Essai 2
Essai 2
y = 0,0018x2 - 0,8441x + 126,79 R² = 0,9974
y = 0,0004x2 - 0,2205x + 68,432 R² = 0,9831
y = 0,0016x2 - 0,4906x + 66,792 R² = 0,9992
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00
Mo
du
le E
(M
Pa)
Pression de contact σ (kPa)
Courbes E en fonction de σ
essai 1
essai 2
essai 3
Poly. (essai 1)
Poly. (essai 2)
Poly. (essai 3)
150
Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013
ANNEXE XXIV
Figure 113 : Corrélations Prima 100 & essais à la plaque belge et allemande (22/03/2013 & 23/03/2013)
Figure 114 : Corrélation Prima 100 & essais à la plaque belge et allemande (13/06/2013)
y = 3,3618x - 40 R² = 0,8437
y = 2,4125x - 7,9268 R² = 0,9276
y = 6,2886x - 51,301 R² = 0,6548
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 10 20 30 40
Mo
du
le E
LFW
D (
MP
a)
Modules M1 et EGDP (MPa)
Corrélation Prima 100 - Plaque statique & Plaque allemande - 22/03/2013 & 23/03/2013
Chantier LFWD-GDP
Limon 2% CaO GDP-LFWD
Chantier PLT-LFWD
Linéaire (Chantier LFWD-GDP)
Linéaire (Limon 2% CaO GDP-LFWD)
Linéaire (Chantier PLT-LFWD)
y = 0,8536x + 38,541 R² = 0,1576
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Mo
du
le E
(M
Pa)
Coefficient de compressibilité M1 (MPa)
Corrélation E et M1
Corrélation
Linéaire (Corrélation)