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Le Géomécamètre, un nouvel essai in situ adapté à la mesure des caractéristiques
hydro-mécaniques du sol
The Geomechameter test, a new in-situ apparatus adapted to the measurement of the hydro-
mechanical characteristics of the soil
Monnet J.
UJF-Grenoble 1 CNRS UMR 5521, Laboratoire 3SR, Grenoble
RÉSUMÉ : Un nouvel appareil d’essai in situ, le Géomécamètre a été conçu et construit. Cette évolution du pressiomètre utilise les
forces produites par un écoulement d'eau vertical descendant autour de la sonde de mesure pour générer un champ de gravité artificiel.
Cet écoulement hydraulique permet de régler la contrainte effective verticale au niveau de la sonde de mesure. L'influence de cette
contrainte est prise en considération dans l'interprétation des résultats de l’essai. À l'origine conçu pour la caractérisation mécanique
des sols et notamment pour la mesure indépendante des caractéristiques de résistance (cohésion c, angle de frottement
des
caractéristiques de déformation (module d’élasticité E), l'appareil a été modifié pour la mesure de la perméabilité (coefficient k) et de
la sensibilité à l’érosion du sol. Cette nouvelle version de l’appareil de 2004 est équipée de la saisie numérique pour la pression, pour
le déplacement radial de la membrane et d’une caméra vidéo pour la mesure de turbidité. Un des avantages de cet appareil est la
mesure simultanée des principales caractéristiques hydro-mécaniques du sol, notamment dans les digues et des remblais. Le sable fin
d’Hostun a été choisi comme matériau de référence pour l'étude expérimentale du modèle réduit testé en laboratoire. Les limons de
l’Isère ont été choisis pour expérimenter le prototype de ce nouvel appareil d’essai in situ. Les résultats des mesures au géomécamètre
sont validés par la comparaison aux résultats de l’essai triaxial pour les caractéristiques mécaniques et à l’essai Lefranc pour la
perméabilité. Cette expérimentation est développée au sein du Projet national Erinoh
.
ABSTRACT:
A new in situ testing apparatus, the Geomechameter, has been designed and built. It is an evolution of the
pressuremeter, using the forces generated by water flow around the measurement probe. The hydraulic flow allows to control the level
of the vertical stress at the test level. The influence of this stress is taken into account in the interpretation of the test results.
Originally designed for the soil mechanical shearing resistance (cohesion c and friction angle
), deformation resistance (Young
modulus E), the apparatus was modified for the measurement of the permeability (coefficient k) and the sensibility to erosion. This
new version of the 2004 apparatus is equipped with numerical gauge for pressure and radial displacement and video camera for
turbidity measurement. One of its interests is the simultaneous measurement of the main hydro-mechanical characteristics of the soil
inside the soil mass, for the dams and embankments. Hostun thin sand was chosen as a material to undergo the experimental study in
laboratory. Isère loam was chosen to experiment the model of this in-situ apparatus. Results of the geomechameter are validated by
comparison of mechanical characteristics obtained by the triaxial test and by the Lefranc injection test for the permeability. This
experiment is developed with the help of the Erinoh project.
MOTS CLEFS : Erosion interne, essais in situ, modélisation numérique, pressiomètre
KEYWORDS: Internal Erosion, In-Situ Test, numerical modelling, Pressuremeter
1 INTRODUCTION
L'essai pressiométrique peut être considéré comme un essai de
cisaillement entre les contraintes radiales et circonférentielles
dans la condition de déformation plane, avec la contrainte
verticale qui est la contrainte normale appliquée sur le plan de
cisaillement (Baguelin et al., 1978). La limite théorique de l'essai
pressiométrique est liée au fait que la contrainte verticale est
donnée par le poids des terres au repos. Ce test peut être
considéré comme un essai de cisaillement unique et il peut être
utilisé pour déterminer soit l'angle de frottement interne (Hughes
et al., 1977 ; Monnet, 1990 ; Monnet & Khlif, 1994 ; Monnet,
2012) ou la cohésion du sol ; il peut être utilisé aussi dans la
conception des travaux de génie civil (Monnet & Allagnat,
2002). Lorsque la cohésion et l'angle de frottement interne sont
déterminés conjointement, ils sont reliés entre eux dans
l'interprétation du pressiomètre, si bien que la valeur de la
cohésion dépend de l'angle de frottement interne.
L’essai au Géomécamètre a plusieurs avantages.
- Il contrôle le niveau de contrainte 3D autour de la sonde. Le
principe de l'essai au Géomécamètre est de créer un gradient
hydraulique (Figure 1) pour contrôler la contrainte verticale en la
réglant à une valeur appropriée. Ce nouvel appareil règle la
contrainte radiale et circonférentielle par l’expansion de la
sonde. Il permet le contrôle de l'état tridimensionnel des
contraintes autour de la sonde, à la paroi du forage.
- Il permet la mesure de la cohésion et de frottement. Une série
de trois essais réalisés avec trois valeurs différentes du gradient
hydraulique externe i (Eq.3) permet d’imposer trois contraintes
verticales différentes. Ces trois contraintes verticales
correspondent à trois courbes différentes d’expansion radiales
qui sont autant de courbe de cisaillement différentes. Ceci
permet de déterminer cohésion et l'angle de frottement interne.
Cette possibilité de mesure locale du couple cohésion-frottement
est d'un grand intérêt en Génie Civil.
- Il permet la mesure du coefficient de perméabilité et du
coefficient de consolidation. Le pressiomètre peut également
mesurer la dissipation de la pression interstitielle autour du
forage lorsque la consolidation est atteinte dans un délai d'une
heure ou plus (Clarke et al., 1979). Le Géomécamètre améliore
cette mesure par une détermination simultanée du module de
cisaillement et de la perméabilité et n'a pas besoin d'attendre
jusqu'à la consolidation finale.
- Il permet la mesure du risque de l'érosion interne du sol dans
les barrages et les digues. Ce risque aussi appelé suffusion
résulte des exfiltrations. La suffusion semble être la principale
