Les Essais in Situ en Mécanique Des Sols

Préface

Le livre de M. CASSAN sur les Essais in situ en Mécanique des sols que j’ai le plaisir de présenter au lecteur, est tout à fait d’actualité. Depuit K. TERZAGHI et A. CASAGRANDE, la mécanique des sols s’est presque uniquement contentée des caractéristiques des sols mesurées au laboratoire sur des échantillons intacts. Même le Standard Pénétration Test n’était utilisé par TER- ZAGHI que pour les reconnaissances très sommaires. Mais on s’est rendu compte que les échantillons dits « intacts », ne l’étaient pas souvent, »que l’hétérogénéité ne permettait pas d’avoir des échantillons de tous les faciès du sous-sol et qu’à condition d’opérer pragmatiquement les essais in situ étaient susceptibles de donner satisfaction. Ils sont alors devenus très nombreux.

II y a bien longtemps que l’on faisait des essais de chargement à la table afin de préciser les fondations superficielles, ainsi que des battages de rails pour rechercher les fonds rocheux destinés à servir d’appui à des pieux, mais ce n’est que l’apparition du pénétromètre statique vers 1932 qui a manifestement marqué l’ère des essais in situ.

Cet appareil, qui a vu le jour en Hollande, permet plus rapidement et plus économiquement qu’un battage de rail, de déterminer la longueur des pieux préfabriqués, très utilisés dans ce pays. Par la suite, on s’est rendu compte que la mesure de la pression de pointe était une mesure de la résistance du sol et qu’on pouvait peut-être aussi en déduire sa compressibilité. On voit ainsi comment l’expérience a devancé la théorie. Malheureusement, on n’est pas encore arrivés à relier sans ambiguïté, le résultat des essais in situ à ceuх du laboratoire.

Cette absence de théorie satisfaisante, se retrouve pour les essais qui ont vu le jour ultérieurement : pénétromètre dynamique, scissomètre, pressiomètre etc. Aussi était-il nécessaire qu’un Ingénieur ayant une grande pratique non seulement de ces essais, mais encore de la manière dont on peut rattacher leur résultat au comportement des constructions, fasse part de son expérience au non spécialiste et le dirige dans le dédale des essais in situ dont aucune synthèse n’a encore été faite et dont par suite le choix n’est pas toujours aisé. C’est ce qu’a entrepris M. CASSAN dans ce livre, avec beaucoup de succès d’ailleurs.
M. CASSAN est actuellement l’un des Directeurs de FONDASOL. Sa vie professionnelle est consacrée à la réalisation de tels essais, et à leur interprétation. Comme il est d’un naturel curieux, il a observé le comportement des fondations qu’il avait projetées afin de s’assurer que la théorie admise pour l’interprétation des essais était acceptable. En outre, il a approfondi ces théories pour bien faire saisir toutes les possibilités des essais, et quand celles-ci n’existaient pas, sa très grande culture en mathématique et en physique lui a permis de les établir. Aussi, le lecteur pourra-t-il avoir l’impression, en feuilletant le Tome I, qu’il s’agit presque d’un cours de mathématique. Il n’en est rien. La théorie est nécessaire pour comprendre ce que l’on fait, mais à elle seule, elle est insuffisante. Et c’est là, qu’intervient la grande expérience de l’auteur, qui lui permet de préciser ses limites. Du mème coup, il indique, ce qui est pratiquement l’essentiel, le domaine d’utilisation de chaque essai et la valeur que l’on peut accorder à ses résultats. Enfin il a établi de nombreuses corrélations expérimentales entre ces différents essais.

Le Tome I est très complet, puisqu’on y trouve aussi comment mesurer les contraintes et les déformations des sols et des roches, et une description détaillée des appareils actuellement utilisés, ainsi que leur mise en œuvre. Mais il ne faut pas s’y tromper, car de même que l’on ne fait pas de la bonne cuisine avec uniquement des recettes, on ne fait pas une bonne reconnaissance avec seulement des modes d’emploi d’appareils. L’expérience est primordiale et malheureusement intransmissible. Toutefois, les indications fournies par M. CASSAN permettent d’apprécier l’organisation des campagnes de reconnaissance et l’interprétation de leurs résultats.

Mais les caractéristiques des sols ainsi déterminées ne sont pas directement reliables à celles obtenues au laboratoire. Aussi est-il nécessaire de savoir comment les utiliser pour le calcul des fondations. C’est le but du deuxième Tome qui est le complément indispensable du premier.
Il s’agit en fait d’un cours de Mécanique des sols particulièrement original dans lequel l’auteur a donné libre cours à son esprit critique, tout en faisant preuve d’une grande sagacité.

Le lecteur y trouvera comment calculer une fondation à partir du résultat des essais in situ, et aussi, ce qui est très intéressant, la comparaison de nombreuses théories actuellement éparses dans la littérature technique. Certaines théories ont même été étendues à des cas non traités afin, par exemple, d’évaluer le tassement des barrettes, de calculer les massifs de fondation soumis à des efforts de renversement ou encore de prévoir le comportement des remblais sur sols compressibles.

De nombreux tableaux et abaques permettant une application facile des théories à support mathématique rébarbatif, font de ce livre un excellent outil de travail pour l’Ingénieur.

Devant cet ouvrage unique en son genre et remarquable à tout point de vue, il m’est agréable d’adresser mes plus vives félicitations à son auteur qui apporte ainsi à l’étude des sols et des fondations, une contribution de grande valeur.

Tables des matières

PRÉFACE

NOTE CONCERNANT LES UNITÉS

CHAPITRE PREMIER: La capacité portante des fondations superficielles

Généralités sur les fondations
Notion de charge limite
Fondation superficielle et fondation profonde
Évaluation de la charge limite à partir de l’essai scissométrique
Couche argileuse de grande épaisseur
Bicouche argileuse
Couche argileuse sur substratum rigide
Bicouche constituée de deux couches de cohésion différente.
Évaluation de la charge limite à partir de l’essai de pénétration statique
Sable purement frottant …
Méthode Meyerhof.
Argile purement cohérente
Évaluation de la charge limite à partir des essais de pénétration dynamique ..
Pénétromètres dynamiques
Standard Pénétration Test
Évaluation de la charge limite par la méthode psychométrique
Théorie Ménard : Formule fondamentale
Détermination du facteur de portance.
Capacité portante en terrain homogène horizontal.
Capacité portante en terrain homogène incliné ou sur talus
Capacité portante en terrain hétérogène
Semelles reposant sur une bicouche …
Couche superficielle purement frottante reposante sut une argile molle
Cas de deux couches argileuses de cohésion différente.
Semelles reposant sur un multicouche
Évaluation de la capacité portante à partir des essais de chargement

CHAPITRE II : Le tassement des fondations superficielles

Généralités sur le calcul des tassements
Application de l’essai scissomdtrique
Application des essais de pénétration statique
Théorie de Buisman
Recherches françaises
Méthode pratique de Schermann
Application des essais de pénétration dynamique
Méthode pressiomttrique
Établissement des formules : théorie Ménard
Valeurs numériques des différents coefficients
Module de déformation à introduire dans les formules : intégration
Tassement de aces de grandes dimensions reposant
sur une couche compressible de faible épaisseur
Tassement d’une semelle sur un multicouche
Détermination du module de réaction
Confrontation expérimentale
Application de l’essai à la table

CHAPITRE III : La capacité portante des fondations profondes

Généralités sur les fondations profondes..
Évaluation de la capacité portante à partir de l’essai scissométriqué
Terme de pointe dans une argile purement cohérente
Frottement latéral
pénétration statique
Évaluation de la capacité portante à partir des essais de Terme de pointe
Sable purement flottant,
Argile purement cohérente.
Règle pratique recommandée pour l’évaluation du terme de pointe.
Flottement latéral ..
Sable purement flottant.
Argile purement cohérente.
Règle pratique recommandé pour l’évaluation du frottement latéral limite.
Évaluation de la capacité portante & partir des essais de pénétration dynamique .
Pénétromètres dynamiques
Standard Pénétration Test
Terme de pointe Frottement latéral.
Essais comparatifs
Perspectives nouvelles.
Méthode pressiométrique
Profondeur critique selon Ménard
Terme de pointe
Formule fondamentale
Détermination du facteur de portance
Frottement latéral..
Frottement négatif sur un pieu isolé
Étude de l’effet de groupe
Définition de l’effet de groupe
Détermination de la contrainte limite à la base
Détermination de la contrainte limite de cisaillement.
frottement négatif

CHAPITRE IV: Le tassement des fondations profondes

Généralités :
L’apport des essais in situ dans la prévision du tassement des
fondations profondes
Théorie générale…
Hypothèses de Lambert
Relations générales entre charge et enfoncement
Méthode pratique d’évaluation du tassement d’un pieu isolé à partir des essais pressiométriques
Méthode analytique .
Hypothèses.
Détermination des
paramètres Ret B.
Expression du tassement
Évaluation des termes de pointe et de frottement. Comparaison entre effort total et effort de pointe.
Confrontation expérimentale.
Pics reposant sur un substratum rigide
Pieu en terrain hétérogène : méthode numérique de
M. Ph. Gambin ..
Hypothèses

Calcul du tassement
Tassement d »un groupe de pieux .
Tassement des parois moulées ou des barrettes rectangulaires
Hypothèses
Recherche d’une expression des paramètres R et B
Déformation à la base
Déformations dues au frottement latéral.
Expression du tassement
Comparaison des contraintes à la base et en tête
Application des essais de chargement

CHAPITRE V: Fondations et structures enterrèes soumises a des efforts de renversement

Analyse du phénomène et principes généraux
Courbe de réaction et état limite
Détermination du module de réaction
Module de réaction horizontal au-dessous de
la profondeur critique.
Module de réaction horizontal au-dessus de la profondeur critique.
Évaluation de la profondeur critique.
Étude des mastiffs parallélépipédiques infiniment rigides
Évaluation des contraintes limites.
Étude des déformations : méthode des rotations…
Module de réaction variant linéairement en fonction de la profondeur.
Terrain tricouche dont les modules de réaction sont linéaires dans la couche superficielle et constants dans les deux autres. Cas particuliers importants.
Conclu- sions sur la méthode des rotations.
Fondations sur pieux sollicités en tête par des moments de flexion ou des efforts horizontaux
Pieux courts infiniment rigides
Méthodes des rotations.
Méthode Ménard.
Picux longs et flexibles
Module de réaction constant.
Module de réaction proportionnel à la profondeur.
Module de réaction proportionnel à la profondeur au- dessus de la profondeur critique ct constant au-dessous.
Module de réaction linéaire jusqu’à la pro- fondeur critique et constant au-dessous. Cas d’un bicouche avec modules de réaction constants.
Pieu de longueur finic préscntant une certaine rigidité
Module de réaction constant.
Module de réaction variable.
Méthode simplifiée.
Rideaux plans soumis à des efforts horizontaux
Etude de la rupture
Etude en petites déformations
Détermination du module de réaction.
Théorie de Rowe.
Théoric de Ménard, Bourdon et Gambin.

CHAPITRE VI : Problèmes divers rencontrés en génie civil

Comportement des grandes fouilles
Étude du comportement d’une grande fouille en plasticité
Analyse du phénomène en théorie classique.
Utilisation des essais in situ pour l’évaluation du coefficient de sécurité au soulèvement d’un fond de fouille :
Essais scissométriques,
Essais au pénétromètre statique.
Essais pressiométriques
Étude du comportement d’une grande fouille en petites déformations
Comportement des remblais sur sol compressible
Étude de la stabilité générale.
Analyse qualitative de la rupture
Étude approchée de la stabilité.
Méthode de Bishop et abaques de Pilot.
Évaluation des tassements Analyse du phénomène et méthodes classiques d’évaluation :
Tassement instantané
Tassement de consolidation primaire,
Tassement de consolidation secondaire,
Tassement résultant du fluage latéral.
Évaluation approchée par essais in-situ : Essai scissométrique,
Essai de pénétration statique
Essai pressiométrique
Stabilité des talus
Talus de déblais
Talus naturels
Considérations générales.
Analyse de la stabilité en rupture plane
L’apport des essais in situ dans l’étude de la stabilité des pentes naturelles :
Mesures hydrogéologiques,
Mouvements de terrains,
Localisation des zones d’affaiblissement,
Caractéristiques mécaniques
CONCLUSION
Bibliographie
INDEX