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Mesures dynamiques lors du battage pénétromètrique – Détermination de la courbe
charge-enfoncement dynamique en pointe
Dynamic measurements of the penetration test – Determination of the tip’s dynamic load-
penetration curve
Benz M.A., Escobar E., Gourvès R., Haddani Y.
Sol-Solution Géotechnique Réseaux, Riom, France
Breul P., Bacconnet C.
Institut Pascal-Polytech’Clermont-Ferrand Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand, France
RÉSUMÉ : Dans cet article, nous présentons les résultats des récents développements réalisés sur l’essai de pénétration Panda 3® en
vue de permettre d’enrichir son exploitation. A partir de la mesure et du découplage des ondes créées suite à l’impact sur l’appareil,
nous pouvons obtenir pour chaque coup la courbe charge enfoncement
p
-s
p
permettant de déterminer des paramètres de résistance et
de déformation mis en jeu pendant l’enfoncement de la pointe. Une campagne d’essais au laboratoire dans une chambre de calibration
pour deux sols a été menée afin de valider les résultats obtenus par l’exploitation de la courbe
p
-s
p
. Les résultats obtenus sont
confrontés aux résultats obtenus à l’aide d’essais triaxiaux et œdométriques.
ABSTRACT: In this paper, we present the results of the recent developments done on the Panda 3® dynamic penetrometer aiming at
improving its use will be presented. From measurement and decoupling of waves created by the impact on the penetrometer, we can
obtain for each blow the load-settlement
p
-s
p
curve allowing determination of the strength and deformation parameters brought into
play during the cone penetration. A series of tests in a calibration chamber for two soils were conducted to validate the results
obtained by the exploitation of the
p
-s
p
curve. The obtained results are compared with the results obtained using the triaxial and
oedometer test.
MOTS-CLÉS : caractérisation des sols, pénétromètre dynamique, Panda 3®, propagation d’ondes, courbe charge-enfoncement.
KEYWORDS : soil characterization, dynamic penetrometer, Panda 3®, wave propagation, load-penetration curve.
1 INTRODUCTION
En reconnaissance de sols, du fait des contraintes des essais de
laboratoire (coût, échantillonnage, transport…), l’utilisation
d’essais in-situ est une pratique très répandue. Parmi ceux-ci,
les pénétromètres dynamiques sont les plus utilisés dans le
monde et sont intéressants pour l’étude du comportement
dynamique des sols (Tokimatsu 1988) et ce bien que pour la
plupart des ingénieurs, leur caractère dynamique soit considéré
comme un désavantage. Toutefois, les pénétromètres
dynamiques ne permettent d’obtenir qu’une seule information
sur le sol : la résistance de pointe ; et au contraire des
pénétromètres statiques qui sont devenus des outils très
sophistiqués grâce à l’incorporation de différents capteurs dans
les pointes, les pénétromètres dynamiques sont restés éloignés
de ces avancées et demeurent d’une technicité ancienne. Par
ailleurs, le battage pénétromètrique a longtemps été expliqué
par la théorie des chocs de Newton, bien que l’on sache que ce
problème ne peut être résolu avec la seule application de cette
théorie. A l’heure actuelle, on sait que le battage
pénétromètrique est mieux représenté par la théorie de transport
des ondes où le transfert d’énergie se fait sous forme d’une onde
de compression qui parcourt le pénétromètre après chaque
impact (Smith 1962, Aussedat 1970).
C’est dans ce cadre et sur la base du pénétromètre
PANDA® développé depuis plus de vingt ans (Gourvès 1995)
que nous avons conçu et développé un pénétromètre et un
procédé de mesure permettant d’améliorer l’information
obtenue lors d’un sondage : Le PANDA 3® (
Benz et al. 2010
).
Le principe consiste à mesurer et à découpler les ondes crées
par l’impact du marteau sur la tête de l’appareil et à calculer
ensuite la force, l’accélération et la vitesse subis en pointe pour
nous permettre de tracer la courbe charge-enfoncement
p
-s
p
pour chaque coup fourni lors du battage (figure 1).
Figure 1. Principe de l’essai Panda 3® (c.f. Benz, 2009).
L’exploitation de la courbe permet de déterminer des
paramètres de résistance et de déformation du sol mis en jeu
lors de la pénétration de la pointe tels que la célérité des ondes,
le module pénétromètrique et l’amortissement de Smith.
2 PRINCIPE DU PANDA 3®
Le principe de l’essai est simple : au cours du battage on vient
mesurer dans les tiges, au voisinage de l’enclume, les variations
de déformation
ε(x,t)
et/ou d’accélération
a(x,t)
entraînées par
l’onde de compression créée par l’impact. En effet, quand le
marteau de masse
M
animé d’une vitesse
v
m
heurte la tête du
pénétromètre, une onde de compression
u(x,t)
est engendrée
dans celui-ci et se propage à une vitesse constante
c
t
vers le
cône. Lorsque
u(x,t)
arrive à l’interface cône/sol, une partie de
celle-ci est utilisée pour déformer le sol et une autre partie est
réfléchie vers le haut. La propagation de
u(x,t)
dans les tiges est
décrite par la équation (1) et sa solution générale correspond à
la superposition de deux ondes,
u
d
et
u
r
, descendante et
remontante (équation 2). Lors de son parcours
u(x,t)
entraîne
dans tout point
x
des tiges des variations de déformation
ε(x,t)
et
