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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
rotation du tube extérieur avec une bonne rapidité du vibro-
marteau agissant sur le taillant débordant.
Avec cette conception, appelée ROTOSTAF®, les essais
peuvent être réalisés dans des sols tels que les argiles
compactes, les marnes et même des couches calcaires.
1.3 Régulation et conduite automatisée d’un essai par le
pressiomètre GéoPac®
L’usage d’un contrôleur pression-volume (CPV) traditionnel en
pression contrôlée est certes possible dans un tube fendu
descendu par le STAF®. Mais de meilleurs résultats peuvent
être atteints avec un nouveau type de CPV, GeoPac®, intégrant
le logiciel de traitement Géovision. Au lieu de travailler au gaz
comprimé, ce pressiomètre comprend un piston motorisé
extrêmement précis qui permet de réaliser les essais normalisés
en paliers de pression, avec une précision volumétrique de 10
-3
cm
3
, soit une précision sur la déformation radiale moyenne de
10
-5
.
Actuellement, dans la mise au point de ce CPV, au moins
quatre avancées fondamentales dans la procédure de l’essai ont
été recherchées :
- une stricte compensation automatique de la résistance
propre de la membrane des sondes, ce qui permet une correction
de la pression vraie sur la paroi du forage à tout instant
- une automatisation complète de la procédure d’essai : le
système assisté par ordinateur détermine les modules du sol à
partir des trois premiers pas de pression, et ajuste la procédure
d’essai de manière à mener à bien l’essai avec un nombre de
paliers de pression optimisé. L’opérateur conserve cependant
toujours la possibilité de travailler en semi-automatique.
- le calibrage automatique du volume initial de la sonde avec
le volume réel du trou auto-foré, la pression pour ce premier
palier de l’essai étant mis en équilibre avec la pression des
terres au repos. Ce procédé dans le système “volume en
fonction de la pression” rappelle celui du “lift-off” dans le
système « pression en fonction du déplacement » des sondes du
pressiomètre auto-foré SBP avec capteurs mécaniques.
- enregistrement des lectures (p,V) avec une très grande
précision, la courbe ne présentant pas de point d’inflexion.
Le logiciel Géovision traite automatiquement les données
reçues d’un Géopac, avec sur option de l’utilisateur dérivation
des courbes de modules tangent et sécant depuis p
o
comme dans
l’exemple donné ci-après.
1.4 Un exemple d’essai
Sur l’essai ci-contre (Fig.1), on remarquera que la pression du
premier point de lecture est acceptable comme p
o
, avec un
volume de contact exactement égal au volume annulaire entre la
sonde dilatable et le tube fendu, et que l’essai est régulé jusqu’à
un volume de près de 1000 cm
3
soit un déplacement de la paroi
du forage de l’ordre de 12 mm. L’erreur moyenne répartie entre
les points mesurés et le modèle hyperbolique est ici de 1,8 cm
3
(soit environ 25µm).
D’autres caractéristiques de l’essai sont également
remarquables et observées aussi sur de nombreux essais
autoforés. La première est que la courbe de fluage présente deux
cassures : l’une à la pression pf
1
prise ici pour le calcul du
module pressiométrique, l’autre à une pression pf
2
nettement
plus élevée (Monnet et Khlif, 1994). Une autre est que le
modèle hyperbolique permet de tracer automatiquement les
courbes de décroissance régulière du module sécant Es et de
module tangent Et, qui recouvrent bien les mêmes courbes
calculées sur les points d’essais, ceux-ci montrant dans les très
faibles déformations initiales un module nettement plus élevé,
ici presque doublé, que nous chercherons à expliquer.
Figure 1. Résultat d’un essai à 18 m de profondeur dans une argile
sableuse raide (Cénomanien de la bordure Ouest du Bassin Parisien),
autoforé par Rotostaf, sonde diamètre 44 mm à cellule de mesure de 37
cm dans le tube fendu de 63 mm de diamètre, essai piloté par le CPV
GéoPac®. et résultats tracés par Géovision
2. MODÈLE HYPERBOLIQUE DE L’EXPANSION D’UNE
CAVITÉ CYLINDRIQUE
2.1. De la double hyperbole au modèle hyperbolique
Très tôt dans la pratique de l’essai pressiométrique, Louis
Ménard avait défini la pression limite p
LM
, notion née avec
l’essai, au doublement du volume de la cavité de forage initiale,
en sachant que cette convention n’impliquait pas que la
déformation correspondante soit matériellement atteinte par les
sondes. La société Ménard et les concessionnaires pionniers ont
dès lors proposé successivement de nombreuses méthodes
d’extrapolation de la courbe vers la pression limite : courbe
inverse, méthode des volumes relatifs, coordonnées log-log,
courbe Lemée, dont la convergence vers une pression limite
unique n’était pas évidente (Baguelin et al. 1978). La double
hyperbole est l’une de ces méthodes d’extrapolation, dérivant
du dessin des essais en (P, 1/V) (d’Hemricourt 2005).
La méthode en double hyperbole a été formalisée et
programmée (Baud et al., 1992) et constitue un modèle
décrivant bien la forme en « S » des essais en préforage, liée
aux vicissitudes de diamètre de forage, du temps d’attente et de
décompression entre forage et essai et du choix de paliers
initiaux inférieurs à la pression des terres p
o
avant forage, par un
opérateur qui en principe ignore la valeur de p
o
et de p
LM
, sujets
de la mesure, et à qui il est demandé de prévoir avant la mesure
un résultat final divisé en n paliers égaux.
Il apparaît rapidement que l’application aux essais
autoforés tel que celui de la figure1 simplifie plus ou moins
radicalement la modélisation, en réduisant la première
hyperbole au rôle de facteur secondaire. Pour un essai débutant
par un palier de pression corrigée légèrement supérieure ou
idéalement égale à la pression des terres au repos p
o
sans
décompression ni refoulement du sol avant l’essai, les points
d’essai décrivent une simple hyperbole, de la forme
- p A
A
p
A
A V
4
3
2
.
+ +
=∆
1
(1)
où
∆
V est le volume mesuré au-delà du volume de la sonde au
repos V
o
et p la pression d’essai corrigée de l’étalonnage et du
calibrage. Pour le pressiomètre Ménard l’usage est de nommer
le
∆
V mesuré par la simple notation « V ».
Il est possible d’exprimer ces données d’essai en fonction
de la déformation dite circonférentielle
ε
c
:
1
0
0
0
−
∆+
∆+
=
−
=
V V
V V
a
a a
P
p
c
ε
(2)
