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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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(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

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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

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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

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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

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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

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ANNEXE II

Figure 62 : Plaquette technique du Prima 100 (source : Carl Bro))

110

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ANNEXE III

Tableau 21 : Récapitulatif des chaussées auscultés par Steinert (source : Steinert (2005))

111

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ANNEXE IV

Tableau 22 : Matériaux auscultés par Seyman (source : Seyman (2003))

112

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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))

114

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ANNEXE VI

115

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ANNEXE VII

Figure 66 : Courbe granulométrique du sable pur (source: (CRR, 2011))

116

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Figure 67 : Courbe granulométrique du sable de concassage (source: (CRR, 2011))

Figure 68 : Courbe granulométrique du limon pur (source: (CRR, 2011))

117

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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

143

Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013

ANNEXE XXI-1

144

Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013

ANNEXE XXI-II

145

Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013

146

Jean-Sébastien ARRIERO 2012/2013

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)