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BURFÂU DE RECHERCHES

GEOLOGIQUES ET MINIERES

DIRECTION SCIENTIFIQUE

B.E.R.G.A.

74, rue de la Fédération

PARIS 15e S.G . A , G . C .

MESURES PRATIQUES DE LA DENSITE ET

DE L'HUMIDITE DES TERRAINS PAR LES METHODES NUCLEAIRES

B. DEGOT - P. LEVEQUE

DS.65.A94 5 Novembre 1965

SOMMAI RE

Pages

BUT DU RAPPORT 1

CHAPITRE I - GENERALITES ET DESCRIPTION DES APPAREILLAGES 2

I - DETERMINATION DE LA DENSITE 4

A/ Méthodes classiques

\° / densitomètre à membrane 4

2°/ densitomètre à sable 5

30/ Standard Pentration Test 5

4°/ Congélation 6

5°/ Densitomètre à rayons X 6

6**/ Avantages et défauts des méthodes

classiques 6

b/ Méthodes nucléaires

1°/ historique 7

2°/ Quelques notions de radioactivité 7

a) le rayonnement gamma 7

b) interaction des rayons gamma

avec la matière 8

c) détection des rayons gamma 10

détecteurs électriques 11

détecteurs à scintillations 12

d) utilisation de rayons gamma

pour la mesure de la densité 13

transmission directe 13

rét rediffusion 14

/

- 2 -

Pages

14

14

15

15

16

3**/ Description de l'appareillage

a) j auge de surface

b) sonde de profondeur

c) échelle portative de comptage

d) utilisation de l'appareillage

II.- DETERMINATION DE LA TENEUR EN EAU

a/ Méthodes classiques 18

- étuve 18

- tensiomètre 18

- méthodes électriques 18

- cellule hygrométrique à corde vibrante 19

b/ Méthodes nucléaires

1°/ historique 19

2°/ Principe 19

- les neutrons 20

- interaction des neutrons avec la

matière 21

- détection des neutrons lents 22

3°/ Description de l'appareillage

utilisé pour la mesure de la

teneur en eau 23

a) j auge de surface 23

b) sonde de profondeur 23

c) utilisation de l'appareillage 24

/ «

- 3 -

Pages

III.- PRECISION DES MESURES 26

\° / nature du phénomène 26

2°/ les appareils de mesure 28

3°/ l'échantillon 28

IV.- PROTECTION CONTRE LES RADIATIONS 29

CHAPITRE II - ETALONNAGE DES APPAREILS 31

I.- ETUDES EN LABORATOIRE

a/ Détermination des caractéristiques

d'emploi de l'appareillage 32

1°/ Tension d'utilisation 32

2°/ Vérification des abaques fournies

par le constructeur 32

b/ Etudes des limites d'utilisation 34

\°I Sphère d'influence des jauges de

surface 34

Défini tion 34

Mode opératoire 35

Matériau 36

a) sable d'Etampes 36

b) craie 40

c) dolomie 42

d) sable et dolomie 45

2°/ Etude de l'influence du diamètre du

tube d'accès sur la réponse des

sondes 45

Mode qDératoire et matériau utilisé 46

Résultats 48

Interprétation des résultats 55

/ e

_ 4 -

Pages

II.- ETUDES SUR LE TERRAIN 57

a/ Centre expérimental de St-Rémy-les-

Ghevreuses 57

b/ Aire de compactage d'un barrage en terre

et enrochements 60

Etalonnage des appareils 60

Résultats des mesures sur les aires

de compactage 61

Examen des résultats 65

C/ Digue de Notre Dame de Gommiers 66

la Mesures de surface 66

II. Mesures de profondeur 67

d/ Digue de St Cassien 68

Description des essais 68

Résultats des mesures 69

Remarques sur ces résultats 74

CHAPITRE III - EXEMPLES D'APPLICATIONS EN GEOLOGIE

APPLIQUEE 77

I,- F0NDATK3NS DE BATIMENT 77

a/ Mesures dans les sondages 77

1°/ Sondage A 77

2°/ Sondage B 79

3°/ Sondage G 80

4°/ Sondage D 81

5°/ Synthèse de résultats 82

b/ Mesures de surface 82

» /

- 5 -

Pages

II.- AIRE D'ESSAI DE COMPACTAGE DU BARRAGE DU

MONT CENIS 83

1**/ Mesures de densité 84

2°/ Mesures d'humidité 85

3"*/ Interprétation des mesures 86

a) causes d'erreur 86

b) interprétation des résultats 88

CONCLUSIONS - 90

BIBLIOGRAPHIE - 91 à 138

BUT DU RAPPORT

Le but de ce rapport est de rendre compte du résultat

de deux années d'utilisation d'un appareillage nucléaire destiné

à la mesure en place de la densité et de la teneur en eau des

sols o

Il y a lieu de noter que notre point de vue est celui

de 1 'utilisateur. Il n'était donc pas de notre ressort ni de notre

competence de modifier l'outil mis entre nos mains, mais d'en

tirer le maximum de possibilités et d'en chercher les limites

d emploi .

Enfin, notre optique est, encore plus précisément,

celle de l'utilisateur géologue, s'adressant à des géologues ayant

à traiter des problèmes de géologie appliquée, proches de la

Mécanique des Sols.

Nous nous proposons, dans ce qui suit :

- de rappeler quelques généralités concernant les caractéris¬

tiques des sols.

- de décrire les différents appareils de mesure de densité

utilisés, aussi bien traditionnels que nucléaires.

- de décrire, de 1 a mone manière, les appareils de mesure de

la teneur en eau.

- d'exposer plus en détail les résultats que nous avons

obtenus .

- de donner une bibliographie sur les appareils de mesure

in situ de la densité et de la teneur en eau des sols.

V..

- 2 -

CHAPITRE

GENERALITES ET DESCRIPTION DES APPAREILLAGES

Rappelons les définitions des caractéristiques physiques

que nous nous proposons de considérer :

- le poids spécifique, ^ , est le poids de l'unité de volume

d'un (grain i solide.

- la densité "humide", dh ou poids spécifique apparent d'un

sol, est le poids de l'unité de volume d'un sol, eau comprise.

- la densité "sèche" ds ou poids spécifique apparent sec d'un

sol, est le poids de l'unité de volume d'un sol sans eau intersti-

cielle .

Á , djj et dg s'expriment en gr/cm3.

- la teneur en eau pondérale, est le rapport du poids de

l'eau contenue dans le sol au poids sec de l'échantillon. Elle

est généralement exprimée en grammes d'eau pour 100 gr de terre

sèche, c'est-à-dire en pour cent :

^ = P - P' X 100

en appelant P et P' respectiveaent les poids de terre humide et

sèche ,

- la teneur en eau volumique , o^' est le rapport du volume

d'eau au volume du sol en place. On l'exprime en grammes d'eau

par cm3 de sol en place, c'est-à-dire en gr/cra3.

o^ et o^'sont liées par la relation :

o^'= ds.-C

par ailleurs, on a :

dh = dg (l + c=4 )

- 3

Les appareils nucléaires donnent les deux valeurs oC

et dj^, d'où l'on tire :

et

ds =dh - o<'

c< =

dh - «¿'

f 9 9

- 4 -

I.- DETERMINATION DE LA DENSITE -

a/ Exposé des différentes méthodes

Passons rapidement en revue les méthodes dites

classiques ou traditionnelles de mesure de la densité des sols

en place. Nous serons appelés ultérieurement à les mentionner à

titre d'étalonnage ou de comparaison. Certaines méthodes , peu

utilisées, sont également mentionnées.

1°/ Densitomètre à membrane ( Fig. l),,

Il permet, en mesurant le volume d'un trou creusé dans

le sol, et connaissant le poids des matériaux prélevés, d'en

déterminer la densité.

.n [ 227JLe "Manuel du laboratoire routier" en ( 227 ] donne

la description :

"Le densitomètre à membrane est constitué principalement

d'un cylindre de 100 cm2 de section intérieure et de 30 cm de

hauteur, rempli d'eau distillée, fermé à sa base par une membrane

de caoutchouc mince et dqns lequel peut se mouvoir un piston

muni d'un joint d'étanchéité. Ce cylindre est rempli d'eau, sans

bulles d'air. Le piston permet de refouler l'eau du cylindre dans

la membrane de caoutchouc qui se gonfle et s'applique, grâce à

la pression de l'eau, contre la paroi du trou à mesurer.

"La tige servant à manoeuvrer ce piston est graduée en

millimètres et un vernier au l/lO permet de mesurer l'enfoncement

du piston ; chaque millimètre d'enfoncement correspond à l'intro¬

duction dans la membrane de 10 cm3 d'eau.

"Lors des essais, l'appareil est placé sur une plaque

de référence. Le matériau prélevé est pesé, puis passé à l'étuve

pendant 18 h, à une température de lOS^C.

Cet appareil, couramment utilisé, s'emploie dans des

sols exempts de gros éléments. En effet, si ceux-ci sont abondant;

ils rendent difficile et pratiquement impossible le creusement

d'un trou dans lequel s'adaptera le densitomètre".

./.

u Bouchon de purge

Poignée de manouvre

Graduation volumétrique par 10 cm^

Index permettant d'apprécier le cm^

Poignée de transport

Piston

Réservoir cylindrique

Joint

Membrane élastique

Couronne de protection

Base amovible pour fixation

au sol par clous et valets

Fig. 1 - Densitomètre à membrane.

(D'après Peltier)

- 5 -

2° / Densitomètre à sable

Une surface carrée, de 0,80 x 0,80 m par exemple, est

aplanie, puis creusée sur 0,50 m environ de profondeur. Le volume

approximatif, ainsi déterminé est précisé par la mise en place,

dans le trou, d'un poids connu de sable sec, de densité détermi¬

née. Le matériau prélevé est pesé, puis passé à l'étuve ou à la

plaque chauffante.

Cette méthode utilisée quand les gros éléments sont

abondants, exige un sable soigneusement calibré.

Lorsque la quantité de sable nécessaire à la mesure

est trop grande en raison de la présence trop importante de gros

éléments, une variante peut être pratiquée, qui consiste à

"placer sur le sol, à l'emplacement de la mesure ("374^ un cadre

rigide de 1 m2 , comportant des tiges verticales graduées.

La lecture de 1 'enfoncement initial des tiges est faite

puis on creuse un trou de 0,50 cm de profondeur sur une surface

égale à celle du cadre. Une nouvelle lecture des tiges permet

d'évaluer le volunte du trou"»

Cette méthode est appliquée couramment aux mesures de

densité des matériaux alluviaux d'un barrage en terre. Les bureaux

d'études conseillent alors de"lier les deux mesures de densité

et de granulométrie, lorsque les matériaux comportent d'assez

gros éléments"

3°/ Standard Pentration Test (fig. 2)

Cette méthode de subsurface donne indirectement une

valeur de densité par l'intermédiaire de la résistance à la

pénétration. Elle est surtout utilisée en terrains sableux et

argileux en l'absence d'éléments caillouteux. L'appareil est

formé d'un tube qui s'enfonce dans le sol par la chute libre

d'un mouton de 63 kg tombant d'une hauteur de 76 cm. La résistance

à la pénétration est mesurée par le nombre de coups nécessaires

à une pénétration de 30 cm. Cette méthode a été utilisée par de

nombreux ingénieurs qui lui ont apporté diverses variantes.

Pour être comparables, les mesures devraient être

faites avec un matériel et un mode opératoire silimaires.

> /

813

^ 178

¡Méplat pour le serrage

<.

559

Méplat pour le serrage

- -yA- iti'>"*^-r TliiSi'liiiiii^ini ID

T^^r^ri . ^n I Poids total 7kg o . . . ...Filetage pour Orifices pour I ^ Sabot de battagassemolage l'eau 0 9/5 \ en acierassemblageavec les tigesde curage

l'eau 0 9/5 \ en acier

Partie centrale fenduelongitudinalement

Fig. 2 _ Standard Pénétration Test.

r^

iiiiiiiiiiin-rr

a -Tube à rayon X

b- Container en bois

c -Protection de plomb

d-Film à rayons X

e- Paroi de séparation ajustable

f- Echantillon de sol

g-Distance du tube à rayons X au film

h-Echelle verticale

i- Cellule de pression différentielle

k- Feuille d'aluminium

Fig. 3- Densitomètre à rayons X : montage expérimental de Berdan et Bernhard .

r

N'À20 mm

-Fil

Chambre dé

Fig. 4_Chambre d' ionisation, type "chambre-dé.

- 6 -

Des mesures d'étalonnage ont permis, en faisant varier

les différents paramètres, de tracer des abaques pour plusieurs

pressions de surcharge qui donnent les corrélations entre la

résistance à la pénétration, la densité relative et la pression

de surcharge [ 90 V

Durante et al,, utilisant une simple tige de sondage,

principalement de sa densité structurale et de la résistance qui

dépend elle-même de la structure. Pour des sables remaniés, la

résistance à la pénétration dépend seulement de la compacité.

Cette méthode présente l'inconvénient de donner des

résultats dont la dispersion est en général importante, en sorte

qu'un étalonnage préalable est nécessaire. A cette fin, une

fenêtre en fente longitudinale, permet de prélever le matériau

testé.

4°/ Congél ation

Cette méthode est basée sur le fait que les sables

saturés d'eau, à la différence dessols argileux, ne changent

pratiquement pas de densité et de porosité quand ils sont gelés

dans des conditions de drainage. Les volumes des échantillons

gelés sont déterminés par immersion dans de l'eau à 0°C,f 90^

5°/ Densitomètre à rayons X (fig. 3)

Avant d'étudier plus en détails la méthode nucléaire

à rayonnement gamma, certains auteurs ont essayé d'utiliser les

radiographies par rayonnements X T 21 j pour mesurer quantita¬tivement et qualitativement les variations de densité d'échan¬

tillons de sol. Ils ont obtenu des résultats satisfaisants en

laboratoire.

6°/ Avantages et défauts des méthodes "classiques"

Nous ne ferons que les énumérer, car ils sont bien

connus :

- Avantages : Les appareillages sont peu coûteux et donnent

une précision satisfaisante, principalement en ce qui concerne

le densitomètre à membrane, avec lequel, pour un opérateur bien

entraîné, elle peut atteindre 2 à 3 ^,

« / « e o

7 -

- Inconvéni ents : Le matériau testé est remanié et la

mesure n'est pas reproductible.

Le résultat est obtenu assez longtemps après la

mesure, étant donné le passage à l'étuve.

Le transport et certaines conditions climatiques

peuvent introduire des erreurs dès le prélèvement.

Il est bon que les mesures soient faites par un même

opérateur pour un problème donné, afin d'éliminer de trop grandes

variations dues à la manipulation et d'une manière plus générale,

au coefficient personnel.

B/ Méthodes Nucléaires

1°/ Historique

Le principe de cette technique, connue depuis le début

du XXè siècle, ne se développe et ne propose d'appareillages

qu'à la fin de la deuxième guerre mondiale J 195^ .

C'est la géophysique appliquée aux exploitations pétro¬

lières qui utilise la première ces méthodes (1941), d'abord de

façon uniquement qualitative, c'est-à-dire par détermination des

variations des carac téris t iques des terrains traversés.

Au cours des années 1950 à 1955, plusieurs chercheurs

mirent ces procédés au point de façon précise et souvent en se

référant à la mécanique des sols. Dès lors, deux directions prin¬

cipales de recherches se dessinent : recherche fondamentale de

physique nucléaire et adaptation pratique du procédé.

2**/ Quelques notions de radioactivité

La méthode de mesure en place de la densité des sols

dont il est question ici a pour principe de base 1 ' interac ti on

des rayons gamma avec la matière.

Il ne parait pas inutile de rappeler quelques notions

de radioactivité,

a) Le rayonnement gamma, identifié en 1903, est consti¬

tué d'ondes électromagnétiques semblables aux rayons^X, mais de

plus courte longueur d'onde, de l'ordre de 1 à 10"** A. Il corres¬

pond à une énergie comprise entre 0,01 et plusieurs centaines de

/

- 8 -

Mev (l), et traverse facilement des épaisseurs de plomb de

plusieurs centimètres. Il n'est dévié ni par un champ électrique,

ni par un champ magnétique,

b) Interaction des rayons gamma avec la matière

Au cours de la propagation des rayons gamma dans la

matière, 3 effets peuvent se produire ( 1^ ] '

- l'effet photoélectrique i un électron est éjecté de son

orbite par le photon incident qui disparaît. L'énergie cinétique

de l'électron est alors égale à celle du photon incident, dimi¬

nuée de l'énergie de liaison de l'électron.

L'effet photoélectrique est la cause la plus importante

de l'absorption des rayons gamma de basse énergie par les éléments

lourds .

Atome

- la diffusion Compton : le photon transfère une partie de

son énergie à un électron qui est projeté hors de son orbite. Il

demeure un photon d'énergie inférieure qui peut encore provoquer

une interaction photoélectrique ou Compton,

h

Electron

^Ov^ choqué

L'effet Compton est la cause essentielle de perte

d'énergie des photons de 0,1 à 10 MeV environ, c'est-à-dire

d'énergie moyenne. Par contre, il contribue peu à l'absorption

des photons d'énergie élevée.

> /

(l) L'électron volt eV est l'énergie d'un électron soumis à une

différence de potentiel de 1 vol» 1 MeV = 1 million d'eV.

- 9 -

- La production de paires ou matérialisation

Le photon disparaît et est remplacé par la paire

électron-positon dont les énergies cinétiques respectives Ee et

Ep sont reliées à l'énergie du photon incident E par l'équation :

E = Ee + Ep + 2 me

2 f ,dans laquelle 2 mc représente l'énergie à fournir pour créer les

particules. Cette énergie est égale à 1,02 MeV. L'importance de

ce processus croît lentement pour les énergies de photon

supérieures à 1,02 MeV et environ comme le carré du nombre

atomique du matériau absorbant. Pour les éléments lourds et à

énergie élevée, il est beaucoup plus important que les deux

effets précédents. De là vient l'emploi de plomb ou de béton

lourd pour arrêter les rayonnements gamma par absorption.

hV

Noyau

© .O"

+

Dans le cas des appareillages utilisés ici, comme nous

le verrons par la suite, la source du rayonnement gamma est cons-

-tituée de cesium 137,

Cet élément dont la période est de 30 années environ,

émet des gammas de 0,662 MeV qui correspondent au domaine de

la diffusion Compton. Il en est de même lorsque le "^Co estemployé f jpuisque l'énergie des rayonnements gamma est de

1,17 et 1,33 MeVo

Les trois effets dont il vient d'être question inter¬

viennent plus ou moins dans l'absorption des rayonnements gamma

par la matière. Nous avons dit que la diffusion Compton joue un

rôle prépondérant pour les énergies qui nous intéressent ici.

Mais d'une façon générale, les rayonnements sont absorbés selon

la loi exponentielle suivante :

/

- 10 -

I ^ I,.e-"/" I

dans laquelle : I = intensité initiale du faisceauo

I = intensité après la traversée de la matière

X a épaisseur traversée (cm)

y" ~ coefficient d'absorption linéaire (donné

par des tables). Si x est exprimé en gr/cm2 et non en gr, le

coef f icient^/*^ devi ent le coefficient d'absorption massique :

/^(massique) = y^ ( linéai re) ^^ cm2D gr

où D est la densité du matériau absorbant d'épaisseur x.

Le coefficient d'absorption massique est la somme des

coefficients massiques partiels dus aux 3 modes d'interaction :

effet photoélectrique, effet Compton, production de paires. Il

varie avec la nature de la matière absorbante, avec l'énergie

du rayonnement gamma et avec la position et la dimension de la

source. Il est donc constant pour des conditions données.

gamma.

Cette formule montre comment l'intensité du rayonnement

après la traversée de la matière, est fonction de la

densité du matériau, lorsque l'on connaît l'intensité du rayonne¬

ment incident. C'est cette propriété qui est utilisée ici.

c ) Détection des rayons gamma

Plusieurs types de détecteur peuvent être utilisés à

cet usage, que

pales :

l'on peut diviser en deux catégories princi-

Les détecteurs électriques : chambres d'ionisation,

compteurs proportionnels et compteurs Geiger-Muller . Ils sont

basés sur l'ionisation des gaz par les rayonnements : si une

différence de potentiel est appliquée entre deux électrodes

séparées par un gaz ionisé, les ions de signes opposés seront

collectés séparément. La tension de l'électrode varie alors

avec l'apport de charge, d'une valeur dite impulsion et dont

l'amplitude dépend de la nature et de l'énergie du rayonnemeni

ainsi que de la tension offerte.

V.

- II -

D'autres détecteurs dits "à scintillation" exploitent

le fait que dans certains matériaux organiques et inorganiques,

le passage d'une particule ou d'un rayonnement gamma produit un

état atomique "excité" qui disparaît avec une émission lumineuse

située dans ou au voisinage de la partie visible du spectre.

Dans ces détecteurs, cette énergie lumineuse est convertie par

un photomultiplicateur en impulsions électriques par l'intermé¬

diaire desquelles sont comptées les particules incidentes.

Nous parlerons rapidement de quelques-uns de ces

systèmes de détection, sans toutefois rentrer dans les multiples

adaptations auxquels ils donnent lieu.

- Détecteurs électriques

Les différents types de détecteurs électriques corres¬

pondent à des zones à valeurs croissantes de la tension d'utilisa

tion appliquée entre les électrodes.

Chambres d'ionisation : tous les ions primaires fournis

par le rayonnement sont recueillis par les électrodes. Le

courant d'ionisation est mesuré par un électromètre. Ces chambres

adaptées surtout au comptage des particules alpha très ionisantes

ne donnent, pour les rayonnements gamma qui nous intéressent ici?

qu'un résultat d'ensemble.

Il existe plusieurs dispositions de ces chambres.

SKOPEK [ 271 ^ a utilisé pour la mesure de la densité parrayonnement gamma une "chambre-dé" ( thimble-chamber ) , dont le

volume de 1 cm3 était limité par des parois en graphite et

bakélite d'un diamètre extérieur de 1,5 cm et longues de 2,5 cm.

Les chambres étaient chargées à 200 V et les mesures toujours

faites simultanément avec 2 chambres insérées dans un étui

plastique (fig. 4). Pour déterminer la charge, dans ce cas,

un électromètre de Wulf a été utilisé.

Compteurs proportionnels : le fil central du compteur

est porté à une tension assez élevée, de l'ordre de 1000 volts,

en sorte que les ions accélérés provoquent l'ionisation d'un gaz

rare très pur qui emplit l'appareil. De cette façon, une

véritable avalanche d'ionisation a lieu sur le fil (fig. 5).

L ' impl antation ainsi créée est proportionnelle à l'impulsion

primai re . "Tï est nécessaire que la haute tension soit très bien

stabilisée afin que l'amplification gazeuse reste constante.

I /

+ 1000 volts

Electron

primaire

Fig. 5 -Schema de l'avalanche d'ionisation au voisinage

du fil d'un compteur proportionnel.

(d'après Harvey!

Nal(TI)

f;; Parcours de

Enveloppe de verre

/f."Vf^r^VT"' Anode

Fenêtre à fine

feuille d'Al

N

Photo-cathode

Fig. 6 -Vue schématique d'un cristal de Mal ( Tl ) et

de l'assemblage photomultiplicateur.

(d'après Harvey)

- 12 -

Compteurs de Geiger-Muller : pour une tension encore

plus élevée, l'impulsion plus grande n'est plus proportionnelle

à l'énergie des particules, mais est une constante caractéris¬

tique du dispositifs

L'appareil est formé d'un tube comprenant un fil

métallique axial» Tube et fil sont les deux électrodes. Le tube

est rempli d'un mélange gazeux, spécialement mis au point pour

stopper l'avalanche électronique et permettre la détection des

particules incidentes successives. Généralement, le mélange

gazeux est formé de 90 fo d'argon et 10 fo d'alcool.

La tension d'utilisation du compteur est déterminée

par l'établissement de sa courbe caractéristique représentant

le nombre de coups enregistrés par minute en fonction de la

tension appliquée. L'examen de cette courbe montre qu'aucun

comptage n'est enregistré jusqu'à un seuil à partir duquel le

nombre d'impulsions par minute augmente en même temps que le

voltage. Puis la courbe présente un "plateau", c'est-à-dire que

pour un accroissement de la tension, le nombre de coups est

sensiblement constant. Ce plateau a généralement une étendue de

200 à 300 volts et une pente d'autant plus faible que le compteur

est en bon état de fonctionnement. Enfin, à partir d'une certaiuf

tension, la courbe croît de nouveau brutalement.

La tension d'utilisation du compteur est fixée à la

valeur correspondant au premier tiers du plateau.

Par rapport aux précédents, ces compteurs ont une

réaction plus lente, mais ils ont l'avantage, d'une part de

donner des impulsions dont l'amplitude est indépendante de la

nature de la radiation incidente, d'autre part, d'être simples

et bon marché. Ils sont souvent utilisés comme instruments

portatifs,

- Détecteurs à scintillations

Compteurs à scintillation (fig. 6) : ils sont formés

d'un scintil 1 ateur organique ou non, soit en plastique, soit en

Nal activé à 0,5 fa de Thallium. La radiation ionisante provoque

l'émission d'un court éclair de lumière dont la longueur d'onde

est de l'ordre de 3300 à 5000 Â. Cette lumière est transforméeen courant par la photocathode d'un tube photomultiplicateur qui

par émission d'électrons secondaires, fournit une impulsion élec

trique de plusieurs volts d'amplitude. Le nombre final d'élec¬

trons est ainsi bien supérieur au nombre initial. Le gain d'élec

irons résultant dépend de l'importance du photomultiplicateur

et de la haute tension appliquée ainsi que de l'énergie incident

du rayonnement.

Transmission directe Rétrodiffusion

Mesures en

surface

Détecteur

Cl

Source Détecteur

Mesures en

profondeur

Soîjrce Détecteur

Source

Fig. 7- Principes de mesures radioactives de la densité et de la teneuren eau des sols.

(d'après B.Wack

- 13 -

Les compteurs à scintillation sont très sensibles au

rayonnement gamma, ce qui, dans le cas qui nous intéresse, est

à considérer. Pourtant, leur utilisation est relativement

réduite dans les appareils portatifs car ils sont assez fragiles,

d) Utilisation des rayons gamma pour la mesure de la densité

Les appareillages actuellement utilisés peuvent être

rangés en 2 catégories suivant qu'ils utilisent l'un ou l'autre

des deux phénomènes suivants : transmission directe ou rétrodif¬

fusion,

- Transmission directe (fig. 7a) : la source émettrice du

rayonnement gamma est indépendante du détecteur qui mesure alors

le rayonnement direct et primaire transrais par le matériau

testé .

Décrivons rapidement quelques-uns des dispositifs qui

ont été construits ainsi.

SKOPEK [ 271Ja mis au point, pour la mesure de densitédu sable, une sonde en forme de fourchette (fig. 8) fcjrmée de2 tubes de cuivre longs d'un mètre, d'un diamètre extérieur de

3 cm et dont les parois ont 0,2 cm d'épaisseur. Les tubes sont

reliés par une lame d'acier à arête vive qui assure une

distance de 30 cm entre les tubes. Lorsque la "sonde fourchette"

a été enfoncée dans le sable, la source de "^Co est descendue

dans un des tubes et les chambres d'ionisation dans l'autre.

Après un certain temps d'exposition, la charge est mesurée et en

fonction de la perte de charge de la chambre, la dose de rayonne¬

ment transmis est établie. Elle indique la densité du sable.

Un des inconvénients de cette méthode est la durée

d'exposition qui, pour une source de 2 mc de 60co et pour unedistance entre les tubes de 30 cm, est de 16 à 24 heures.

DURANTE et al, I 90 J ont également réalisé une sondedu même type, avec une source de 0,5 mc de "^Co. De plus, ilsont conçu selon le même principe un appareil spécialement destiné

aux observations de consolidation dans des matériaux argileux,

à l'intérieur d'un barrage en terre en fonction du temps. Deux

tubes de 50 cm de long, reliés de façon rigide contiennent l'un

une source de 5 mc de "^Co, l'autre un compteur et un amplifica¬teur. L'intensité de la radiation est mesurée sur la crête du

barrage par l'intermédiaire d'un câble.

> / s

a_ Schema de lo fourchette radioactive et de l'appareil

enregistreur d'impulsions

(D'après Durante et al)

. Guide .

*oCo

30 cm

3c

'Arête vive

-Chambres dés

b- Schéma de la sonde à densité de Skopek

Fig. 8 -Deux types de sonde à transmission directe.

- 14 -

- Rétrodiffusion (fig. 7b) : source et détecteurs sont

contenus dans un même appareil. Un écran de plomb destiné à

arrêter les radiations directes est placé entre eux ; c'est

le rayonnement diffusé par le matériau qui est mesuré.

L'inconvénient de ce principe de mesure comme l'exposent

différents auteurs f 348 J , réside dans le fait que"la quantité de matériau mesurée n'est pas homogène".

Ce sont les radiations dont le parcours est le plus

proche de l'appareil qui inf luence"t de façon prépondérante le

comptage.

Nous reviendrons plus en détail sur les caractéristiques

de la rétrodiffusion qui est précisément le procédé utilisé par

notre appareillage.

3°/ Description de l'appareillage

Les sondages et jauges en service au S. G. A. G.C. depuis

le début de 1961, sont d'origine américaine : Nuclear Chicago,

Modèles P19, F20, P21, P22 et échelle de comptage 2800 A.

a) Jauge de surface (fig. 9)

Elle comprend :

- une source de 3 millicuries de caesium 137. Cet isotope

a une période de 33 ans, d'où une diminution d'activité et de

de

ie de

la source radioactive en position de sécurité, éliminant toute

erreur possible de manipulation qui pourrait conduire à une

irradiation accidentelle.

- un détecteur, situé à l'extrémité opposée de la jauge pa

rapport à la source. C'est un ensemble de tubes Geiger-Muller ^

cathode de bismuth et remplissage organique.

r

à

./..

Fig. 9_ Jauge à rayons gamma pour la mesure

en place de densité totale.

Cable

/F

O m

^L

Préamplificateur

Poignée

vX^

f 1

Protection

Ouverture d'étalonnagedans la protection

0.400

0.350

ce

oa.

<oc

0.300

0.250

0.200

0.150

Courbe utilisateuraprès étalonnage

Courbe du constructeur

2.2 2.6

Gramme /ce

Fig. 10- Courbe de lecture de la jauge de densité

Photo 1

Sonde à humidité - mesures de profondeur - dans sa protection

- 15 -

Comme nous l'avons dit, les compteurs GM ayant un taux

de comptage qui dépend étroitement de la haute tension, il est

nécessaire d'établir en premier lieu pour chaque jauge la

courbe d'étalonnage des compteurs GM. A cet effet, on porte en

ordonnée le taux de comptage et en abscisse la haute tension,

en maintenant constantes les conditions de mesure pendant

l'opération et en augmentant la haute tension progressivement

par stades successifs de 50 volts.

- un préamplificateur transistorisé, donnant un gain de 100

est utilise à la sortie des tubes GM et fournit une basse

impédance au câble reliant la jauge à l'échelle de comptage.

b) Sonde de profondeur (fig. H) (Photo l)

Longue de 43,15 cm et d'un diamètre de 3,75 cm, elle

comporte la même source que la jauge de surface et 3 compteurs

GM. Une dizaine de centimètres de plomb assure la protection

interne et sépare la source des détecteurs.

Une source complémentaire de 15 microcurie de

caesium 137, placée dans la protection supérieure de la sonde

permet 1' étalonnage et la correction automatique de 1* activité

en fonction de la décroissance de la source,

"> L ' amplificateur transistorisé a un 'gain uni tai_reV

c) L'échelle portative de comptage (photo 2)

Cette échelle est autonome et fonctionne sur batteries,

Elle s'adapte indifféremment aux appareils de surface ou de

profondeur.

Cinq tubes lumineux à décade indiquent le comptage

total cumulé jusqu'à 99.999 coups. Le temps de mesure peut être

déterminé soit avec un chronomètre, soit avec un compteur

automatique pour des comptages de 1 ou 2 minutes.

Le chargement des batteries est réalisé par branchement

de 1 'échelle sur le courant alternatif. La haute tension fournie

aux détecteurs peut être ajustée entre 700 et 1500 volts.

/ 9 m 9

Cable

Détecteurs

Protection de

plomb

Vis de sécurité

tjiJJu:

Source

Fig. 11 -Sonde à rayons gamma pour la mesure

en place de densité

E 1.20

Q.U

"O

(D

I 1.00

o

^ 0.80

0.Ó0

0.40

0.20

1

1I ! '

III1 '

1

V, __i . . .:\y

1

1

\N,

S^.S

V.

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NVi

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^^ h n 1

^^ \^\

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s.

^-^ NM - -

^\

N\;

^^ >"^

N N^"^ \r^ ,

I

,.

i : . 1

0.7 1.1 1.5

Courbe utilisateur

1.9 2.3

Gramme / ce

Courbe [utilisateurl

Fig. 12. Courbe de tecture de la sonde de densité

Plioto 2

Echelle de comptage autonome

- 16

d) Utilisation de l'appareillage

Les différentes opérations de routine pour l'utilisa¬

tion courante de l'appareillage sont les suivantes :

- branchement de la j auge ou de la sonde sur échelle de

comptage ;

- vérification des batteries, les appareils de mesure

restant dans leur protection ;

- mesure de l'activité de la source radioactive au moment

de la mesure. Pour cela, nous avons vu que la sonde contient

une source auxiliaire. La jauge a une source unique et la

mesure de son activité s'effectue à travers une fenêtre ménagée

dans la protection intérieure lorsque la source est en position

de sécurité. On obtient ainsi ce que l'on appelle le No ou

"standard". Il est bon de le vérifier à la fin d'une longue

série de mesures et même, parfois, en cours de mesures. Un

certain nombre de mesure de No permet d'assurer une meilleure

précision.

- préparation du terrain

Pour la jauge de surface, cette phase de l'opération

est très importante, comme nous le verrons ultérieurement au

cours de l'examen des résultats. Il est nécessaire de rendre la

surface de mesure la plus lisse possible sans remanier le ter¬

rain. La nature du matériau, et notamment sa composition granu¬

lométrique, rendent cette opération souvent délicate.

Pour la sonde, il y a lieu de connaître la hauteur de

la nappe phréatique dans le forage à tester, les raccords de

la sonde et du câble n'étant pas étanches.

Mais le paramètre important est ici le diamètre du

forage. Le diamètre optimum est de 4,10 cm environ. Pour des

diamètres supérieurs, un facteur de correction doit intervenir,

tenant compte de l'épaisseur intermédiaire d'air entre la sonde

et le terrain et il est bien évident qu'au-dessus d'un diamètre

limite, il n'est plus possible d'utiliser l'appareillage. Il

y a lieu également de centrerla sonde dans le forage le plus

soigneusement possible,

- mesures ; Elles sont généralement faites pendant 1 ou 2

minutes pour des mesures courantes.

./.

- 17 -

Enfin , étant donné sa géométrie interne, la jauge

de surface donne lieu à 2 mesures au même point après rotation

de 90 degrés.

Dans un forage, les intervalles de mesure à la sonde

peuvent être de 20 à 50 cm ou 1 m, suivant la précision désirée.

Aux niveaux indiquant des variations élevées , les mesures

peuvent être rapprochées à 10 cm l'une de l'autre, afin de

déterminer avec le maximum de soin, la profondeur du changement

dans la nature du terrain.

La détermination de ces intervalles de mesures fait

appel à la notion de "sphère d'influence" qui intervient

d'ailleurs également pour l'appareillage de surface.

En termes très généraux, nous dirons que la "sphère

d ' influence" est la "profondeur utile de mesure". Elle varie

évidemment avec la densité du matériau. Pour la sonde, à

géométrie axiale, elle est assimilée, en première approximation,

à une sphère alors qu'elle est envisagée comme une demi-sphère

pour la jauge. De nombreux chercheurs ont essayé de déterminer

ses 1 imi tes .

- Lecture de l'abaque

Elle peut être faite directement en donnant la densité

totale en fonction du taux de comptage. Mais il est préférable

de tenir compte de la décroissance de la source qui intervient

de façon sensible , la période de 33 ans étant relativement

courte. A cet effet, il suffit de faire le rapport du comptage N

dans le terrain à la mesure initiale No de la source. L'abaque

indique la densité totale en fonction de N/No (figures 10 et 12),

- Calcul de la densité sèche : le résultat donné par l'appa¬

reillage nucléaire est la densité totale ou densité humide dh du

matériau. Nous avons indiqué les formules simples permettant

d'obtenir la densité sèche dg. Il est donc nécessaire de posséder

l'appareillage de mesure de la teneur en eau pour faire une

détermination de l'humidité au même point et dans les mêmes

conditions que la mesure de densité.

De plus, il est nécessai re ,de temps à autre ,de vérifier

sur un étalon constant la fidélité de l'appareillage. Certains

auteurs ¡^ 54 j suggèrent comme étalon un bloc de dolomiteplus homogène que le béton, sur lequel 5 comptages seront

effectués. La moyenne ne devra pas s'écarter de plus de 2%

+ comptage;.de la moyenne des comptages précédents.

- 18 -

Enfin il est bon, lorsqu'une importante série de

mesure est en cours, de faire faire une analyse chimique du

sol. L'influence de la composition chimique est un problème

qui n'a pas été résolu de façon définitive.

Certains la jugent essentielle car si "pour l'effet

Compton, le coefficient d'absorption massique et pratiquement

le même pour les constituants des sols, ce n'est plus le cas

pour l'effet photoélectrique. Or après avoir subi plusieurs

chocs dans le sol, le rayonnement perd de l'énergie et entre

dans le domaine d'intervention de l'effet photoélectrique"

Í WACK J. Par cent re, d ' autres auteurs pensent que si "lacomposition chimique est différente, la densité électronique

est encore ap p^r o xijn a t i v einen t proportionnelle a~~la~^ënsTFe^ d"u

moins si le milieu ne contient que de faibles quantités

d ' hydrogène" o

re

II.- DETERMINATION DE LA TENEUR EN EAU -

A/ Méthodes "traditionnelles"

- Etuve : la méthode la plus usuelle consiste à mettre les

échantillons de sol soigneusement prélevés et entourés de plas¬

tique ou de paraffine à l'étuve pendant 18 h, à une températu

inférieure à IOS", afin de ne pas détruire les carbonates.

Connaissant le poids de l'échantillon intact et son poids sec,

L est facile de calculer la teneur en eau ; elle est générale-

m(

C<

de - -.--

tion. Aussi, de nombreux autres procédés de mesure en place ont

été étudiés.

- Tensiomètre (fig. 13) : ils mesurent la tension de l'eau

dans le sol par l'intermédiaire d'une matière poreuse ^ 60 j.Mais ils ne sont pas utilisables pour des mesures s'étendant sur

plusieurs années, dans des endroits peu accessibles.

- Méthodes électriques : par mesure de la variation de la

résistance, de la capacité ou de la conductivité thermique des

matériaux en fonction de leur teneur en eau.

/ «

Manomètre (l I^

Sphère poreuse

Fig. 13 -Schéma d'un tensiomètre.

( d'après Castany]

Collerette flexible

Corde vibrante

Electroaimant

Prismes en bois

Fig. 14- Schéma de la cellule hygrométrique à corde vibrante-

(D'après Rocha et de Castro)

19

! C'est avec du plâtre de Paris ou avec du nylon que

'BOUYOUCOS (33-34-35) a étudié les variations de la (j:¿si^tance .^

Mais, ainsi que le font remarquer ROCHA et DE CASTR0~T24Tr¡ces méthodes présentent également certains désavantages tels

que "changement des conditions de contact dû aux variations

volumétriques, changement de résistance dû aux variations de la

concentration ionique de l'eau absorbée, instabilité chimique

des substances hydroscopiques utilisées, etc."

- Cellule hygrométrique à corde vibrante (fig. 14)

Mise au point au laboratoire de Génie Civil de Lisbonne

(245), cette cellule mesure l'humidité relative d'une cavité

d'un matériau poreux, qui est elle-même fonction de la teneur

en eau de son voisinage. Le rapport de l'humidité relative à

la teneur en eau du matériau doit être au préalable déterminé

en laboratoire pour les différents matériaux.

Plusieurs types d'hygromètres à cheveux ou électriques ont

été réalisés. Celui étudié par le laboratoire de Lisbonne est

basé sur le principe de la déformation d'une corde vibrante due

seulement à l'humidité. "La cellule hygrométrique consiste en

une corde vibrante excitée par un électro-aimant et fixée sur

des prismes de bois à bases rectangulaires. Les variations

d'humidité relative de l'air en contact avec la cellule amènent

des var iat ipn_s._de longueur^u bois et, en conséquence, des va¬

riations de tension de la corde", -»

B/ Méthodes Nucléaires

1°/ His tor ique

Cette méthode a été développée de façon assez parallèle

à celle de la mesure de la d e n s i té par voie nucléaire, depuis

une quinzaine d'années environ,

2°/ Principe

Une source émet des neutrons rapides dans le sol. Ces neu¬

trons rapides sont transformés en neutrons lents, essentiellement

par leurs chocs sur Tes atomes d'hydrogène, en sorte que ce ra¬

lentissement est, en première approximation, directement propor¬

tionnel à la teneur en atomes d'hydrogène du sol.

.///

- 20 -

A titre indicatif, signalons que certains auteurs

ont cherché à utiliser l'intensité du faisceau de neutrons ra¬

pides non ralentis , après son passage à travers une epâ^ i s Sëu r

de matéfTaïïT Cette intensité est inversement proportionnelle à

la teneur en eau du terrain.

Au début des déterminations de l'humidité des sols par

voie nucléaire, des sources émettrices de rayonnements gamma

ont été utilisées, comme le 60Co

Rappelons quelques éléments de radioactivité neutronique»

- les neutrons , constituants du noyau atomique, découverts

en 1932 par CHADWICK, ne portent aucune charge électrique, d*oii

leur nom. Leur masse est presque égale à celle du proton» Ils

ne sont pas ionisants et sont très pénétrants.

Il n'y a pas d'émission naturelle de neutrons. On les

obtient par bombardement du noyau atomique. Suivant leur énergie

cinétique, comprise entre 0,05 MeV et plusieurs MeV, ils sont des

neutrons lents, intermédiaires ou rapides.

On utilise comme source le radium.-,et le beryllium, le ra¬

don ou le polonium. Nous éliminerons le radon de notre sujet,

étant donné la brièveté de sa vie : 5,4 jours. Les particules o^

émises par le radium bombardent du béryllium intimement mélangé

et on obtient des neutrons suivant la réaction :

Be +

Une source de 1 curie de radium mélangée à 6 à 7 gr de Be dans

un récipient au plomb bien scellé peut ainsi fournir près de

neutrons par seconde.

10

Le polonium a été utilisé dans les sondes de mesure d'humi¬

dité. Mais sa pié ri ode de 200 jours et son rendement en neutrons

de 3.10 " neutrons par curie et par seconde, inférieur à celui du

radium, font qu'il n'est plus guère employé.

* / * Q

- 21 -

- Interaction des neutrons avec la matière

Nous parlerons seulement ici des interactions neutrons

noyaux, laissant de côté les interactions neutrons-électrons

qui ne donnent lieu qu'à de faibles échanges d'énergie. Les

neutrons émis par bombardement possèdent une énergie et une

vitesse variable et importante. C'est aux collisions avec les

noyaux atomiques environnant qu'est presqu ' entièrement dû le

ralentissement des neutrons rapides, lors de leur traversée

de la matière. Les neutrons perdent très peu d'énergie par

collision avec des noyaux très lourds. Au contraire, c'est

avec des matériaux riches en hydrogène de masse 1, tels que

paraffine ou eau, que les neutrons sont le plus rapidement

ralentis .

En effet, s'il heurte un noyau de masse bien supé¬

rieure à la sienne, le neutron rebondit sans prendre ni donner

d'énergie, alors que pour un noyau de masse voisine de la

sienne, il y a partage d'énergie. Il eniésulte que, plus un

corps est léger, plus les neutrons sont ralentis. De plus,

parmi ces corps ralentisseurs , certains plus rue d'autres ab¬

sorbent les neutrons ralentis. Cette capaci té d ' absorption

dépend de la surface d'arrêt que représente le noyau pour le

projectile. Cette surface est la "section efficace" du corps

ou "section de capture" (l). Elle varie considérablement avec

la nature et l'énergie du projectile, ainsi qu'avec la nature

de la cible. Ainsi, pour des neutrons de 0,025/|eV, les sections

de capture sont les suivantes :

u ~ d, V

Hydrogène 0,382

Li thium 71

Bore 795

Carbone 373.10"^

Azote 1,88

Oxygène 20.10"^->

i/s^

Chlore 33,8

Potassium 2 , 07

Calcium 0,44

Titane 5,8

Chrome 3, 1

Manganèse 13,2

V.

(l) En réalité, il y a lieu de distinguer plusieurs sections

efficaces suivant le processus de disparition des neutrons

fission, capture sans fission et diffusion. La section

efficace totale est la somme : c~ = o f + c c + <5~" d

- 22 -

Sodium 0,525

Magnésium 0,069

Aluminium 0,241

Silicium 0,16

Phosphore 0,20

Soufre 0,52

Fer 2,62

Nickel 4,6

Cuivre 3,85

Cadmium 24,50

Eau 0,9

La liste ci-dessus met en évidence l'influence de

certains corps chimiquesqui arrêtent fortement les neutrons i

lithium, bore, chlore, manganèse et surtout, cadmium, qui, de

ce fait, est employé dans les plaques de régla^gê de puissance

des réacteurs.

Cette notion de "section efficace" intervient dans

notre sujet. En effet, en présence d'une faible détection de

neutrons ralentis, il conviendra de s'assurer que les matériaux

testés ne contiennent pas de teneur élevée de ces corps absor¬

bants .

- Détection des neutrons lentg

N'ayant pas de charge, les neutrons n'ionisent pas la

matière et n'émettent pas de protons, c'est pourquoi d'autres

phénomènes sont utilisés pour les détecter. Nous ne parlerons

ici que d'un seul type de compteur correspondant à celui de

notre appareillage, le compteur à BF3.

Ce compteur utilise l'émission spontanée suivante :

r ^% + ini ^Li + ^ c<+ 2,5 MeV5 0 ' ¿

Le bore est utilisé sous forme de BF3 en gaz de

remplissage dans un compteur proportionnel. L'énergie en excès

de 2,5 MeV communiquée à la particule o<C lui permet d'ioniserfortement le gaz et, par conséquent, de provoquer une décharge

dans le compteur donc de compter les neutrons. L'isotope ^^Bn'étant que pour 19 fo environ dans le bore naturel, l'efficacité

de la détection est obtenue par "enrichissement" jusqu'à 95 fo

du bore.

I /

- 23 -

Il faut signaler toutefois un autre procédé de mise

en évidence des neutrons lents, car il a été employé par

plusieurs utilisateurs, au cours de la mise au point des appa¬

reillages. Il semble maintenant abandonné. Dans ce procédé,

les neutrons lents rétrodif fuses par réaction nucléaire sur de

l'or ou de l'indium, donnent un produit radioactif à rayonne¬

ment beta qui permettra de les compter. Par exemple :

151^ / N/ X 116, , 116 04lln (n, ^ ) ^gln ^ ^^Sn + e

3"/ Description de l'appareillage utilisé pour la mesure

de la teneur en eau

Les appareils de surface et de profondeur (l) peuvent

être branchés sur la même échelle de comptage, type 2800 A,

que l'ensemble de mesure de la densité.

a) Jauge de surface (fig, 15) : d'une dimension de

30 X 25 cm elle est composée de :

- une source de 4,5 millicuries de radium-béryllium

dont la période est de 1620 années. Elle est située au centre

de l'appareil qui est pourvu d'une poignée de transport assurant

automatiquement la mise en position de sécurité.

- détecteurs : 10 tubes àes à ^ ^rt montés en parallèle

, La haute tension d'utilisationde part et d'autre de la source,

est à déterminer par un étalonnage préalable. Le préamplifi¬

cateur transistorisé donne un gain stabilisé de 100,

- un bloc de paraffine qui donne le No ou mesure ini¬

tiale de référence. De même dimension que la jauge qui s'adapte

étroitement sur lui, il fournit une valeur de teneur en hydro¬

gène constante.

b) Sonde de profondeur (fig, 17) : la source de

radium béryllium consistant en une capsule de 7,5 x 7,5 mm est

considérée comme ponctuelle. La période assez longue rend moins

nécessaire la correction de décroissance de la radioactivité.

L'émission neutronique est environ de 1,2,10'* neutrons parseconde, par millicurie. Elle est donc de 6.10** neutrons par

seconde pour 5 millicuries.

/ «

(1) Nuclear Chicago P 21 et P 19.

Cable de l'échelle

de comptage

Protection

Poignée de manipulation

Détecteurs | Détecteurs

Source de Ra-Be

en position d'utilisation

Fig. 15_Sonde à neutrons rapides pour la mesure en

place de l'humidité volumique.

oc

oQ.

a.

<

1.00

0.80 ---'

-

/>

,^<' !

0.60/ ^

/ r

J

/ // /

0.40 / /r

L/---l/

0.20Ù/

Á'/

¿'>f

rt«f

Courbe utilisateur

Courbe constructeur

Fig- 16- Courbe de lecture de la jauge d'humidité.

- 24 -

Chaque neutron émis est accompagné d'un rayonnement

gamma d'une énergie moyenne de 0,8 MeV. Ce rayonnement indési¬

rable n'est pas détecté par les compteurs à BF3 uniquement

sensibles aux neutrons lents.

Un détecteur à B Fo fonctionne normalement entre

1400 et 1550 volts et le taux de comptage augmente de 2 à 3 ^

quand la tension croît de 100 volts.

Un préamplificateur transistorisé, monté au sommet

de la sonde juste au-dessus du détecteur, donne un gain stabi¬

lisé de 100.

c) Utilisation de l'appareillage

L'ensemble des opérations successives est le même que

pour les mesures de densité (figures 16 et 18), à quelques

détails près :

- la détermination du No de la jauge se fait, comme nous

l'avons dit plus haut, sur un bloc de paraffine,

- le temps de comptage est, pour des mesures courantes, de

2 minutes. A ce sujet, une étude a été fait par MERRIAM et

KNOERR r 198 J pour savoir si le temps de comptage doit êtreaugmente lorsque la teneur en eau du sol diminue. Ils concluent

que ce temps peut être constant , après avoir discuté des résultats

statistiques et estiment qu'un comptage de 2 minutes donne une

précision suffisante de 0,80 % pour toutes les teneurs en eau

volumiques inférieures à 50 fc

- l'influence du diamètre du forage sur la réponse de la

jauge, tout en n'étant pas nulle, est beaucoup moins importante

que dans le cas de la densité,

- la sphère d'influence est supérieure, étant donné le

pouvoir pénétrant très grand des neutrons rapides. Elle dépend

évidemment de la teneur en eau du terrain.

> / e «

Plomb

Parafine

Source

Fig. 17

Sonde à neutrons rapides pour la mesure en

profondeur de la teneur en eau volumique.

u

CD

Co

ce

oQ_

a.

2.40

1i_

11

1

1 1 i/

2.00 f

t

yI

/ Jf

/ / 1

¿ / !i

1.60f 1 1

/ / 1

/ /(

/ /1.20

/1 / ' ' z

1 1

/r

0.80 /

/f

1

0.40l

//

yf

n /0 20

Courbe utilisateur

40 60 80

Teneur en eau volumique %

Courbe du constructeur

Fig. 18- Courbe de lecture de la sonde d'humidité.

- 25 -

Une loi a été déterminée expérimentalement par

plusieurs auteurs pour le rayon de cette sphère d'influence.

On trouve ainsi différentes expressions de cette loi î

R = 15100

c^'d'après ANDRIEUX et al. ¡^ 8 j

ou R = 10 d'après WACK ^344 ] .

Nous verrons, à l'examen de nos résultats, de quelle

forme de cette loi en racine cubique de ^' , nous nous rappro¬

chons le plus.

- la teneur en eau, obtenue par lecture de l'abaque est

o^' volumique d'où l'on déduit oxi, pondéral.

- 26 -

III,- PRECISION DES MESURES -

On considère généralement trois causes d'erreur affec¬

tant les mesures de la radioactivité : la nature du phénomène,

les appareils de mesure et l'échantillon mesuré,

1<*/ - Nature du phénomène

La désintégration d'un corps radioactif, quel qu'il

soit, est un processus de hasard dont la variation est d'autant

plus importante que le temps de comptage est plus court et que

les quantités de rayonnement mesurées sont plus faibles.

Le plus souvent, la précision des mesures est calculée

à partir de l'une des formules suivantes :

- la déviation standard

= + yr

N étant le nombre de coups/minute enregistré par l'échelle de

comptage.

Dans ce cas on a une probabilité de 68 f que la lecture

soit comprise entre N + n et N - ^ ,

- l'erreur probable :

P = + 0,6 75 /T

Dans 50 % des cas les lectures seront comprises entre

N + P et N - P.

- l'erreur à 90 % ou "reliable error"

R = + 1,645 YT

*/{»

Dans 90 % des cas l'erreur sera inférieure

auteurs Í 31permet de retenir comme valables des

gnées de la moyenne.

LO j préfè

retenir c

erent cette expression de l'erreur car

- 27 -

R, Certains

elle

valeurs de lecture plus éloi-

Pratiquement c'est le pourcentage de probabilité d'une

erreur qui est calculé. En reprenant les expressions définis

précédemment il viendra alors ;

+

N

.100 = + 100

\/Tfo

p = 67,5 ^^

\[T

R = 164,5 ^^

Le nombre de coups par minute nécessaire pour obtenir un

degré de certitude donné peut être aussi déterminé à l'avance et

en conséquence la durée du temps de comptage pour un rayonnement

donné .

En effet, les diverses expressions de l'erreur indiquées

ci-dessus sont des fonctions de N seul, sans intervention du temps

de comptage. Donc, comme le note "Nuclear Geology" T 377 1 l'erreurprobable peut être maintenue constante dans une seVie de mesures

radioactives en mesurant le temps nécessaire pour obtenir un

nombre donne de coups, plutôt que le nombre de coups par unité de

temps .

Dans le cas des sondes et jauges nucléaires qui nous

intéressent ici, un degré de certitude de 95 fo est le plus généra¬

lement désiré par les chercheurs et utilisateurs. La précision

de la mesure est alors donnée par s

+

TS

ou T est le temps de comptage en minutes

et S le nombre de coups/minute correspondant à une variation de

la mesure d'un gramme.

/

- 28

Le calcul de la probabilité d'erreur doit être également

fait pour les mesures du bruit de fond dû aux rayonnements

cosmiques ou sur le terrain a une radioactivité ambiante plus ou

moins élevée. Il est bon de rappeler que le rayonnemeni cosmique

augmentant avec l'altitude, le bruit de fond est plus élevé en

région montagneuse»

2° I - Les appareils de mesure

Les causes d'erreur sont alors les suivantes s

~ 'ËPPâ£Ëili^2® ' ®^ particulierdes tubes de Geiger-Muller, qui peut également intervenir dans

les variations du bruit de fond. Cette courbe d'erreur s'élimine

généralement en faisant systématiquement le rapport N/No de la

mesure in-situ à la mesure d'étalonnage puisqu'elle intervient

dans les deux termes.

~ ^®_i,ËÏÏ|P^_î22£i_Ë^^ ^Êi,£^^ËH£^2. daJis le cas des compteursG.M.

L'influence de la température est surtout sensible dans

le cas des compteurs à BF3r318J. Cependant le respect des limitesd'utilisation, entre les températures de -30®C et 60 signalées

par le constructeur permet de ne pas le faire intervenir tout en

permettant un large champ de mesures dans le cas des sols»

3°/ - L'échantillon

Dans le cas qui nous intéresse, une cause d'erreurs qui

se manifeste d'une façon très nette et atteint des valeurs

importantes réside dans l'application des jauges à la surface de

l'échantillon ou au diamètre des forages pour les sondes de

profondeur, ainsi qu'à leur position par rapport à l'axe ou à la

paroi d'un sondage»

En effet, dans tous ces cas, l'introduction d'air sous

une forme ou une autre est enregistrée par les appareils. Comme

nous le verrons plus en détail, c'est surtout la mesure de la

densité qui est alors perturbée.

» / . .

- 29

CAREY et alaf54J suggèrent d'évaluer la grandeur del'erreur introduite par I^air sous la source ou le compteur, enplaçant une jauge de densité ayant une de ses extrémités soulevée

par une cale de bois de 8 mm, sur un étalon de dolomite par

exemple, et de comparer le comptage obtenu avec celui donné dans

des conditions normales. Ils estiment que, sur des matériaux

rugueux, une fine couche de sable peut être quelquefois efficace

sous la j auge .

En ce qui concerne l'appareillage nucléaire de mesure

des densités et humidité des sols en place certains auteurs

C304J estiment que la reproductibi lité peut, pour des mesures de

ne minute, être de j- 0,024 gr/cm3 pour la densité totale et de

0,00064 gr/cm3 pour la teneur en eau.

IV.- PROTECTION CONTRE LES RADIATIONS -

Des précautions sont à prendre en raison de la nature

radioactive des sources utilisées.

Une circulaire du 8 juin 1961 émanant de la Commission

interministérielle des radioéléments artificiels "règle les condi¬

tions particulières d'emploi des radioéléments artificiels

destinés à des appareils portatifs". Cette circulaire donne des

astreintes concernant successivement :

- la source doit être scellée et autant que possible

composée d'un radioisotope incorporé dans un composé insoluble,

le tout étant en capsule métallique étanchec

- 1 ' appareil doit avoir un blindage tel que le

rayonnement gamma ne dépasse pas 50 milliroentgens (l)/heure au

contact et 2 milliroentgens à un mètre de la surface.

Les appareils doivent, de plus, être bien signalés,

. / . . .

(l) Le roentgen est la quantité de rayons X ou j produisant dans

1 cm3 d'air à 760 mm de mercure et CC un degré de conductibi¬

lité tel qu'une unité électrostatique de charge soit mesurée.

- 30 -

Les doses de radioactivité en différents endroits

autour de nos appareils ne dépassent pas 45 mi lliroentgens/heure.

- 1 'utilisateur doit se conformer à la circulaire du

3 juin 1957 : porter un dosimètre individuel, ne pas être soumis

à un rayonnement supérieur à 5 rems (l) par an, enfermer après

emploi l'appareillage dans un local fermant à clef et suffisamment

isolé pour que la dose soit inférieure à 2 milliroentgens/heure,

à l'extérieur du local.

Par ailleurs, on considère que le temps de travail en

transport et mesures peut être de 40 à 50 heures par semaines,

- le contrôle administratif

(l) Le rem (roentgen équivalent man) est la quantité de rayonne¬

ment qui lorsqu'elle est absorbée par l'homme, produit un

effet équivalent à l'absorption de 1 roentgen de rayonnement

X ou y .

31

CHAPITRE II

ETALONNAGE DES APPAREILS

Dans cette partie sont rassemblés les résultats des

différents étalonnages et vérifications de notre appareillage.

Ils sont subdivisés en études en laboratoire et études sur le

terrain.

a / a m

32

I,- ETUDES EN LABORATOIRE -

Ces études concernent d'une part les vérifications et

étalonnages classiques de l'appareillage, d'autre part, la déter¬

mination de certaines limites d'emploi.

a/ - Détermination des caractéristiques d'emploi de

1 ' apparei liage

1°/ - Tension d'utilisation

Au moment de leur mise en service, puis à différentes

époques, les compteurs de chaque appareil ont donné lieu à un

nouvel établissement de courbe caractéristique indiquant le

voltage d'utilisation, ainsi que nous l'avons déjà signalé,

A titre indicatif, les figures 19 à 22 montrent ces courbes à

plusieurs moments de leur fonctionnement. On y remarque que la

tension d'utilisation, prise au milieu de la partie rectiligne de

la courbe, est constante. Elle est de '.

Jauge de densité ) ,^oí^ i 4.c J _. J 4. ' ( 1030 voltsSonde de densité j

Jauge d'humidité ) , , c:^ i.o A Aiu ^ + ' ^ 11^0 voltsSonde d'humidite j

2°/ - Vérification des abaques fournies par le construc¬

teur

Elle a été faite au Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay

de la façon suivante ; (l)=

- pour les sondes de profondeur, les mesures ont eu lieu dans

des fûts de 200 litres assurant des conditions géométriques

toujours identiques : dimension des fûts et diamètres des tubes

d'accès, position de la sonde au centre du fût.

/

(1) Nous remercions MM, LALLEMAND et MARCESSE d'avoir bien

voulu nous permettre ces mesures sur leurs matériaux étalons.

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7500

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Tsnáoii A' utilJsialiiHi

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700 800 900 1000 1100 1200 Haute tension

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900 1000 1100 1200 1300 Haute tension

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700 800 900 1000 1100 1200 Haute tension(volts)

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CpURHE D'ETAJ-OWiiAGE DE LA MALfTE^ |rEhl$lON

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!

900 1000 1100 1200 1300 Haute tension

(volts)

- 33 -

Le remplissage du fût était, pour l'appareil de mesure

de la teneur en eau, un mélange de sable et d'alun, en pourcen¬

tage variable et pour la sonde de densité, des matériaux de nature

diverse : sable, granulat de laitier, diorite et sable, silice

et calcaire. La mise en place de ces matériaux a permis, par

établissement du volume du fût et du poids de matériaux nécessaires

la détermination précise de la densité. La granulométrie des

éléments était également connue. Il semble que, pour la sonde P19

de teneur en eau, il y ait déplacement de la courbe vers la

droite et pour la sonde P20 de densité, relèvement de l'abaque.

Les caractéristiques des fûts sont les suivantes :

Fûts destinés à la

mesure de la teneur

en eau

Alun fo oC %

100

60

40

20

55,2

40,8

28,7

14,7

Fûts destint à la mesure de la

densité

Matériau Granulomét ri e ds

gr/cc

Sable de Fontainebleau 0,1 mm 1,69

Diorite et sable de

Fontainebleau

25/40 mmO/l mm

2,36

Silice calcaire

(mélange à proportions

connues)

25/40 mm 1,46

Les mesures faites sur le terrain simultanément avec

les appareils nucléaires et les appareils traditionnels donneront

des éléments d'étalonnage qui viendront s'ajouter à ceux obtenus

en laboratoire.

La vérification des abaques des appareils de surface a

été faite par mesures sur des bacs dont les caractéristiques de

densité et de teneur en eau étaient connues de façon précise.

C'est ainsi que pour la jauge de mesure de la teneur en eau P21,

les bacs contenaient des pourcentages d'alun correspondant à des

teneurs en eau volumiques «c'de 58, 52, 43, 28 et 15 fo» Le rapportdes points de mesure ainsi obtenus, sur l'abaque fournie par le

constructeur, nous a conduit à tracer une courbe sensiblement

./.

- 34 -

parallèle à la sienne, mais légèrement décalée vers des valeurs

plus élevées de la teneur en eau, jusqu'à o(^ - 25^, puis la cour¬

be ainsi définie s'infléchit nettement et s'écarte de 1 ' abaqiie ini t

tiale .

Au sujet de l'étalonnage des appareils nucléaires, l'em¬

ploi d'une courbe unique pour les différents types de sol a été

discuté, (lîomme le fait judicieusement remarquer TEMPLEMAN (304),

cette particularité peut provenir non seulement d'une réponse

différente de certains sols aux radiations, mais aussi de ce que

cette méthode a été vérifiée par rapport aux méthodes convention¬

nelles qui ne sont pas reproductibles pour un même échantillon et

qui peuvent avoir des dispersions pour certains types de matériaux

ou certaines conditions d'essai,

b/ - Etudes de certaines limites d'utilisation -

Nous allons reprendre ici, plus en détail et avec des

résultats expérimentaux à l'appui, quelques-uns des points si¬

gnalés dans la première partie.

Des comparaisons systématiques nombreuses entre essais

classiques et nucléaires ont été réalisés dont les méthodes et

les résultats ont été rapportés. Nous n'y reviendrons donc pas

et nous contenterons de compléter les abaques des appareils à

l'aide des résultats acquis ci-dessous,

1**/ - Sphère d'influence des jauges de'Qurface -

Cette sphère a été définie comme "la profondeur utile

de mesure". En d'autres termes, elle représente le volume de

terrain "vu" par les appareils.

Cette profondeur peut être déterminée de plusieurs fa¬

çons. Pour la jauge de densité, LACHAUD (l75) a "empilé des

épaisseurs croissantes d'un matériau connu et mesuré l'intensité

diffusée". Il a noté qu'"elle croit puis tend vers une limite qui

correspond à la profondeur maximum de la mesure". Il obtient les

résultats montrés par la fig. 23 et remarque que "80^ de l'inten¬

sité reçue a son origine dans les 8 premiers centimètres".

Nous avons réalisé la deuxième méthode indiquée par

LACHAUD : les mesures sont faites sur des épaisseurs croissantes

de matériau homogène de densité et teneur en eau connues.

On détermine ainsi, à partir de quelle épaisseur pour

un matériau donné, d'une part, les caractéristiques calculées et

mesurées sont les mènes, d'autre part deux mesures successives

donnent le mène résultat.

o / o

i

100

EQ. _

O 80

a; 60c

40

20

I'M^10 20 cm

Epaisseur de diffusant p = 2,4

D'après M. R. Lachaud

i

100

\

5^ 90/^^

/

transmise o/

/

/

Energie/

/60

50

/

/

40

30

20

//

II10

0

\

Í0 10 20 30 40 50 100 150

Profondeur intéressée ( mm )

D après M.J. Brocard

Fig. 23- Profondeur utile de mesure d 'une jauge de densité.

35

Bien entendu, cette épaisseur dépend directement des

densités et humidités des matériaux et il est nécessaire d'en

essayer-la plus grande variété possible. Au terme des essais, il

devrait être possible de connaître la variation des sphères

d'influence des jauges en fonction des variations de la densité

et de l'humidité. Une simple lecture permettrait de connaître

ces phères pour un matériau donné.

En fait, les expériences dont les résultats sont donnés

ci-dessous, se rapportent essentiellement à la densité, les

teneurs en eau étant toujours trop faibles par rapport aux

épaisseurs utilisées pour atteindre les limites de la sphère d'in¬

fluence correspondante.

Mode opératoire

- des couches successives de matériau d'une épaisseur de

6 cm, sont mises en place à la main dans des portoirs en bois de

47 X 63 cm, dont le fond a été enlevé. Ainsi, l'uniformité des

couches est assurée aussi bien dans leurs dimensions en plan et

à leur nature minéralogique et chimique que dans la régularité

des couches superposées.

La pesée du matériau permet de connaître sa densité

à la mise en place. La teneur en eau est déterminée par séchage

à l'étuve (105° pendant 18h),

Pour chaque couche de 6 cm, les mesures ont été faites

au centre et en tournant la jauge de densité 3 fois de 90° et

celle d'humidité une fois à 180°, afin de tenir compte de la

géométrie des détecteurs,

- les mesures ont toutes été de deux fois 2 minutes pour

chaque position, ainsi que pour les mesures standard avant et

après chaque série,

- L'augmentation d'épaisseur du matériau a été réalisée

successivement sur le sol du laboratoire, sur 10 cm de plomb et

sur une caisse en bois de 30 cm de hauteur, renversée, afin de

ménager une épaisse couche d'air.

La composition chimique et la granulométrie des

matériaux utilisés sont connues.

D'une façon générale, tous les résultats donnés dans

les pages qui suivent correspondent à des mesures dont la

précision statistique est inférieur à 1 ^,

36 -

Matériau

Les premiers essais ont été réalisés avec du sable

d'Etampes, de la craie et de la dolomite.

Les principales caractéristiques de chaque matériau

sont indiquées pour chaque essai.

Il a été prévu de les compléter par 1 'utilisation de

dolomite, de gypse, de pyrite, de minerais de fer, etc, ce qui

permettra d'essayer une gamme assez étendue de résultats, en

fonction des caractéristiques chimiques et minéralogiques.

Il a également été prévu de faire une série de mesures

avec un matériau de même composition chimique, sable siliceux

mais de granulométrie variable, afin d'étudier l'influence de

l'indice des vides.

a) Sable d'Etampes

Caractéristiques du matériau : Le sable a été prélevé

dans une carrière d'Etampes.

Ce sable, très pur, contient environ 95 % de SiO^. Sa

granulométrie est assez uniforme puisque son coefficient d^uni-formité est de 1,41 avec djQ - 0,085 mm et d^Q = 0,12 mm.

Des mesures en laboratoire ont déterminé la teneur en

eau des échantillons, qui est en moyenne de : o^ = 0,025 % donctrès faible.

./.

- 37

L'analyse chimique de ce sable est la suivante, les

résultats étant donnés en pour cent :

SÍO2

AI2O3

FeÔg

CaO

MgO

95,50

2,60

0,30

0,60

indosable

KÔ

NaÔ

HÔ

co

1,07

0,24

0,16

0,34

Le premier essai réalisé a servi, outre ses données

propres, à mettre au point la marche des opérations.

C'est ainsi que l'on a cherché à savoir s'il était

intéressant de rapprocher progressivement la jauge du bord du

portoir et cela jusqu'à être au contact, afin de déterminer

d'une autre manière la sphère d'influence. Cette tentative n'a

pas été poursuivie ultérieurement.

Pour le reste, les manipulations se sont déroulées

toujours de la même façon et suivant le procédé indiqué précédem¬

ment.

Résultats

Les tabi eaux ,ci- aprèSj corresopndent aux figures. Ils

rassemblent les données obtenues avec le sable d'Etampes en

épaisseurs croissantes, mis en place successivement sur le sol

du laboratoire, sur 10 cm de plomb et sur l'air.

I / . . *

- 38 -

- sur le sol (Fig. 24a)

Port oirDensité t

calculée

otale

gr/cm3

Densité totale

mesurée gr/cm3Teneur en eau volumique %

n» cm du portoir cumulée étuve j auge nucléaire

1 6 1,438 1,438 1,653 0,025 6,5

2 12 1,471 1,454 1,443 3,30

3 18 1,343 1,436 1,349 1,90

4 24 1,340 1,412 1,360 1,2

5 30 1,401 1,410 1,305 0,95

6 36 1,452 1,417 1,376 0,70

- sur 10 cm de plomb (fg. 24b)

1 6 1,403 1,403 2,241 0,025 1,50

2 12 1,409 1,406 1,60 1,10

3 18 1,407 1,407 1,425 0,92

4 24 1,418 1,409 1,425 0,85

5 30 1,454 1,418 1,425 0,80

6 36 1,418 1,418 1,420 0,70

- sur l'air (fg. 25a)

1 6 1,407 1,407 2,04 0,025 1,55

2 12 1,401 1,404 1,57 1,10

3 18 1,413 1,407 1,441 0,8

4 24 1,401 1,406 1,42 0,65

5 30 1,413 1,407 1,435 0,60

6 36 1,418 1,409 1,395 0,50

7 42 1,435 1,413 1,405 0,45

Remarques sur les résultats

L'examen des graphiques donne à penser que. /

1.70

ou

c»

O)

ta*-*

o

+-<

(fí

c

il

Q

1.60

1.40

12 18 24 30

a- Sur le sol du laboratoire-

36 Epaisseur de

sable (cm)

2.30

o

o

tj>

il

ta

O

.

.t; 1

2.10

r 1.90(fí

c

û

1.70

1.50

1.30

-:^.

b_ Sur 10cm de plornb

\\\^s\

tt^rse^^Mi

Densité calculée des portoirs cumulésJ

Densité calculée de chaque portoir

Densité mesurée des portoirs cumulés

12 18 24 30 36 Epaisseur de

sable (cm)

Fig. 24- Etalonnage de la jauge de densité sur du sable d'Etampes accumulé

en épaisseurs croissantes sur des supports variables.

- 39 -

- pour un matériau comme le sable utilisé, dont les

caractéristiques sont celles définies plus haut, c'est à partir

d'une épaisseur de 18 cm qu'il ne semble plus y avoir d'influence

du support des portoirs : sol, plomb, air, sur la mesure de la

densité ,

- pour le même matériau, la profondeur de mesure de la

jauge de teneur en eau est supérieure. Nous n'avons pas ici obte¬

nu deux valeurs successives identiques de o¿^ 3 ce qui paraît nor¬

mal, la teneur en eau étant trop faible.

Cette grande profondeur de mesure est due à la très

basse teneur en eau du matériau qui ralentit très faiblement les

neutrons rapides. Si nous calculons le rayon de la sphère d'in¬

fluence en appliquant les formules données page 25, nous obtenons,

avec une teneur en eau de 0,025^, des rayons de 110 cm.

Ces essais confirment que ce sont bien les premiers cen¬

timètres qui sont prépondérants dans la mesure de la jauge. Comme

nous l'avons déjà signalé, LACHAUD évalue à 80^ la réponse due aux

8 cm les plus proches de la source. Et en effet, 1 'examen, d 'une

part de la courbe de densité totale mesurée, d'autre part de celle

de densité totale calculée, soit pour chaque 6 cm de matériau mis

en place, soit pour l'épaisseur cumulée, met en évidence que la

courbe de mesure est parallèle à la courbe des couches successives

et non à celle des épaisseurs cumulées. Il est donc permis de pen¬

ser que la dernière couche mise en place a bien une influence essen¬

tielle, du moins lorsque l'on reste dans le même ordre de grandeur

des dens ités .

- on aurait pu s'attendre, lorsque le sable était placé

sur 30 cm d'air (Fig. 25a), à ce que les premières couches donnent

n'est pas aberrant car, dans les deux cas, le faible comptage,

c'est-à-dire, la valeur élevée de la densité mesurée pour les pre¬

miers portoirs, vient de l'absorption par le plomb et de la diminu¬

tion de la rétrodiffusion.

Pour le support d'air, les rayons gamma non absorbés ne

peuvent revenir qu'en petit nombre aux détecteurs par rétrodiffu¬

sion, en raison de la faible densité de matière.

4 / , »

k

2.10

1.90

ou

O)

Clea+-*

o+-<

-QJ

(fí

S 1.70Q

1.50

1.30

\Densité mesurée

-V

\

A.\\

-V\

Densité calculée

'^

\

-^-

12 18 24 30 36 42 Epaisseur

de sable (cm)

a -Sur 30 cm dbir

12.00

(J

0,11.00

o

(fí

c

o»

Q

4.00

3.00

2.00

1.00

b-18cm de

24cm de

sable- 2 cm

sable

de plomb

\ Dehsité calculée

6 12 18 24 30 36

Fig. 25 -Etalonnage de la jauge de densité sur du sable d'Etampes accumulé

en épaisseurs croissantes sur des supports variables-

^-

42 Epaisseur

de sable (cm"

40

L'intérêt de la détermination exacte du phénomène est

d'établir une hypothèse importante sur l'influence de la forme

de l'indice des vides pour des matériaux de même densité, mais

de granulométries différentes.

Un autre essai a été réalisé en intercalant une couche

de plomb de 2 cm entre 18 cm de sable d'Etampes et les portoirs

supérieurs également constitués de sable par couches de 6 cm.

Les résultats ont été les suivants (Fig, 25b) :

PortoirDensité totale

calculée, gr/cm3

Densité totale

mesurée, gr/cm3Teneur en eau volumique fo

n° cm étuve j auge nucléaire

1 )2 )3 )

Pb

4

5

6

7

18

24

30

36

42

1,315

11,4

1,347

1,404

1,396

1,370

1,665

1,40

1,385

0,025 2,22

1,35

0,95

0,75

0,65

Nous voyons que c'est à une profondeur de mesure d.e

16 cm que l'influence de la plaque de plomb n'est plus sensible,

Les résultats des essais précédents sont confirmés.

b) Crai e

Caractères généraux ; La craie employée, dite "craie de

Paris", est lavée et séchée.

vérulent ,

Sa teneur en CO^Ca est de 99 fo> C^est un matériau pul-

) / 0 «

41

Son passage à l'étuve à 105° pendant 18 heures,

indique une teneur en eau de 0,047 % + 0,002. La densité de

cette craie non tassée, après séchage, est de 0,647 gr/cm3.

Le mode opératoire des essais est le même que pour le

sable d'Etampes, Ils ont seulement été réalisés sur un support

de plomb de 10 cm, sucessivement avec craie non tassée et après

tassement aussi régulier que possible»

Les résultats sont (Fig. 26a et 26b) donnés ci-dessous

- Craie non tassée

Por toi rDensité t

calculée.

otale

gr/cm3

Densité totale

mesurée, gr/cm3Teneur en eau volumique

f

n° cm du portoir c umu lée étuve j auge nucléaire

1 6 0,555 0,555 2,28 0,047 1,55

2 12 0,624 0,590 1,660 1,15

3 18 0,665 0,615 1,424 0,95

4 24 0,686 0,633 1,28 0,80

5 30 0,692 0,644 1,227 0,62

6 36 0,697 0,653 1,227 0,60

7 42 0,712 0,662 1,230 0,50

On peut considérer qu'ici, pour la "sphère d'influence"

de 26 cm indiquée par la courbe, on a la vraie valeur de la

densité, soit 1,224 gr/cm3. Cette valeur est différente de celle

calculée par d = M/V, du fait que la craie étant mise en place

non tassée . Ls poids des jauges suffit à produire leur enfonce¬

ment sur environ 1 cm , d'où un tassement et une augmentation

sensiblede la densité.

Pour cette raison, les mesures des caractéristiques

de la craie sur le même support de 10 cm de plomb ont été

refaites avec la craie tassée.

./.

9 50

k

oo

totalegr/

roO

\ Densité mesurée

\\\

tfí

S 1 70

\\

V

Q>

\^

1 30 -

^v»,_^

^^"^

1

0.90

Densité cale jlée

0.50

12 18 24

a - Croie non tassée

30 36 42 Epaisseur

de craie (cm)

2.50

u

re

o

-Q,

il

û

2.10

1.30

0.90

0.50

\ Densité mesirée

X^\\"X"\A-

V

Densité calcjlée

6 12 18 24 30 36

b- Craie tassée

Fig. 26 Etalonnage de la jauge de densité sur de la craie accumulée enépaisseurs croissantes sur un support de plomb de 10cm.

42 Epaisseu

de craie (cm)

_ 42 -

- Craie tassée


calculée, gr/cm3

Densité totale

mesurée , gr/cm3Teneur en eau volumique

n° cm du portoir cumulée étuve j auge nucléai re

1

2

3

4

5

6

7

6

12

18

24

30

36

42

0,760

0,710

0,760

0,760

0,774

0,797

0,844

0,760

0,734

0,743

0,747

0,753

0,760

0,772

2,171

1,66

1,42

1,31

1,25

1,14

1,30

0,047 1,48

1,05

0,80

0,70

0,65

0,60

0,55

C'est le même rayon de la sphère d'influence, égal à

26 cm qui est observé au terme de ces essais, mais sans déter¬

mination même approchée de la densité réelle.

- Remarques

- L'influence du plomb dans les mesures cesse pour ce

matériau à partir de 26 cm.

- La craie tassée ou non donne sensiblement les mêmes

résultats dans les mesures par les jauges nucléaires. La valeur

de la densité réelle sort largement de la limite inférieure de

1 ' apparei 1 .

- La limite de mesure de la jauge de teneur en eau n'a

pas été atteinte, la teneur en eau étant bien trop faible comme

il était facilement prévisible,

c ) Dol omie

Sa granulométrie s'étend de 0 à 10 mm et ses caractéris¬

tiques chimiques sont les suivantes :

I / a e s

43 -

CaO 29,8

MgO 21,3

CO2 45,4

^«2^ 1,5

S 0,03

B néant

Cd néant

Insolubles 1,9

Les mesures ont été réalisées avec des portoirs conte¬

nant des couches de matériau de 6 cm d'épaisseur, comme précé¬

demment et reposant sur 10 cm de plomb. Les résultats sont groupés

ci-dessous et dans la figure 27,


calculée, gr/cm3

Densité totale

mesurée , gr/cm3

Teneur en eau volumique

fo mesurée par

n° cm du portoir cumulée j auge nucléai re

1

2

3

4

5

6

12

18

24

30

1,497

1,582

1,582

1,582

1,882

1,497

1,539

1,554

1,560

1,565

2,25

1,595

1,585

1,490

1,460

1,80

1,30

1,10

0,88

0,85

Remarques

Ces résultats ne permettent pas d'avoir une idée très

précise sur la "sphère d'influence" des jauges pour ce matériau.

L'hétérogénéité des mesures peut provenir de la granulo¬

métrie étendue des grains.

Par ailleurs, au cours de cette série de mesures avec la

dolomie, on a essayé de déterminer de façon différente, la pro¬

fondeur de la mesure : à la partie inférieure du 1er portoir, un

compteur GM du type GMT3T SRAT et un autre compteur GM associé à

une échelle portative ECP - SRAT ont été mis en place. Des mesures

/

Epaisseur de

dolomie (cm)

Fig. 27- Etalonnage de la jauge de densité sur de la dolomie en épaisseurscroissantes sur un support de plomb de 10cm.

_ 44

d'activité ont été faites en l'absence de matériau sus-j acent

et de sources environnantes. Puis, des portoirs successifs de

dolomie ont été remplis suivant le processus habituel avec, pour

chacun d'eux, non seulement des mesures par les jauges de densit

et de teneur en eau, mais aussi des mesures avec les compteurs

GMT 3T et ECP (échelle de comptage portative).

Les résultats ne sont pas très nets. Ils semblent

indiquer une baisse de comptage pour une épaisseur de matériau

comprise entre 18 et 24 cm, ce qui recoupe les mesures des jauges,

Nous les donnons à titre indicatif dans le tableau suivant. A

chaque portoir et pour chacun des appareils les deux valeurs in¬

diquées correspondent à ce que les jauges ont été mises en place

successivement aux deux extrémités des portoirs, donc successive¬

ment à l'aplomb du GMP 3T ou de l'ECP. Dans chacun des cas la

réponse de ces appareils a été relevée.

Portoir

Irradiation par la

jauge de densité

i

Irradiation par la

j auge de teneur en eau

(rayonnement )^ auradium)

n° cmGMT 3T

cps/sec

ECP

cps/min

GMT 3T

cps/sec

ECP

cps/min

1 6

5,5 - 220

saturation

208

250 - 300 saturation

2 12

13 - 300

saturation

338,5

200 - 300 saturation

3 18

18 - 210 5760 - 448

230 - 310 5376-7296

4 24

18 - 100 3600 - 536

150 - 180 4416-6240

5 30

11 - 78 1976 - 332

110 - 120 3104-3592

4 / «

45 -

d) Un essai a été réaliséjde superposition de deux

matériaux différents, sable et dolomie , Une première mesure a été

faite sur 4 portoirs remplis de sable d'Etampes, soit 24 cm, puis

sur un 5e de portoir de dolomie, soit 6 cm, dont nous avons vu

les caractéristiques, enfin, sur un portoir contenant de nouveau

du sable.

Nous avons obtenu ce qui suit :

Portoi rDensité totale calculée

du portoir gr/cm3Densité totale mesurée

gr/cm3

n° cm

il24 (sable) 1,404 1,416

5 30 (Dolomie) 1,520 1,449

6 36 (Sable) 1,455 1,411

Cette fois encore , 1 ' inf luence essentielle des centimètres

de matériau les plus proches de la source est nettement mise en

évidence.

2/ - Etude de l'influence du diamètre du tube d'accès sur

la réponse des sondes -

Les notices du constructeur indiquent que les étalonnages

des appareils, donc les courbes de lecture, ont été réalisés avec

un type bien défini de tube d'accès. C'est un tube en acier étiré,

sans soudure, d'un diamètre extérieur de 3,75 cm. Aucun facteur

de correction, tenant compte de l'influence du diamètre du tube

d'accès n'est fourni.

/

46 -

Or, il est bien évident que pour une utilisation pratique

et courante des sondes, il est nécessaire de s'adapter aux condi¬

tions rencontrées sur les chantiers qui ne sont qu'exceptionnelle¬

ment celles exigées par le constructeur. Et, comme nous l'avons vu

précédemment, l'influence des premiers centimètres concentriques

à la source étant prépondérante > si la sonde à densité est descendue

dans un forage de diamètre bien supérieur au sien, elle comptera

la couche d'air qui l'entoure, plutôt que le terrain, ce qui n'est

évideimnent pas son but. Plus le diamètre du tube d'accès est

grand, plus la densité indiquée par s oncfe est faible. Cette influence

se fait également sentir, quoique de façon moins sensible, sur la

sonde à humidité.

Pour mettre ces variations en évidence, mais surtout en

vue de déterminer le facteur correctif à utiliser dans la pratique,

nous avons réalisé la manipulation décrite dans les pages

suivantes .

Matériau utilisé

C'est du sable d'Etampes, très pur à 99 ^ de SiO^, iden¬

tique à celui défini page 37 .

Des mesures en laboratoire pour déterminer la teneur en

eau d'échantillons prélevés dans les deux fûts d'essai, donnent :

es. = 2,14 fo + 0,15 pour le premier fût

oL= 2,42 fo + 0,09 pour le deuxième fût

Mode opératoire

Les volumes de ces fiits mesurés par remplissage d'eau

sont respectivement :

1er fût : 208.625 cm3

2ème fût : 208.355 cm3

Pour chaque essai, un tube de diamètre différent a été

placé au centre du fût et le sable mis en place à la main, afin,

le cas échéant, d'éliminer quelques silex ou nodules ferrugineux.

Le sable a été pesé au fur et à mesure, ce qui a permis le calcul

des densités.

« / «

47

Pour chaque tube, la première mesure était faite la

sonde au fond du fût, puis par intervalles de 10 cm, cela pour

les deux sondes.

Les mesures ont été de 3 à 5 minutes, avec de fréquentes

références à la mesure standard dans la protection.

Les tubes utilisés, en matière plastique, avaient les

caractéristiques suivantes :

n° 1 ji extérieur

intérieur

14,1 cm

12,5 cm

n° 2

n° 3

n° 4

n° 5

0 extérieur

intérieur

0 extérieur

intérieur

0 extérieur

int éri eur

0 extérieur

intéri eur

11,2 cm

10,2 cm

10,05 cm

8,8 cm

9 cm

8,3 cm

7 cm

6,6 cm

Dans chacun des fûts, une dernière série de mesures, avec

les deux sondes, a été faite avec un tube métallique (0 intérieur

4,1 cm - 0 extérieur 4,55 cm), dont les caractéristiques se rappro¬

chent le plus de celles utilisées par le constructeur pour l'éta¬

blissement des courbes d'étalonnage livrées avec l'appareillage.

Le calcul de la densité à partir des volumes et des poids

de sable donne des densités totales de l'ordre de 1,05 g/cm3.

En marge de ces mesures, une détermination de la densité

a été faite sur le tas de sable avec la sonde de surface P 22. Elle

donne une densité totale de 1,15 gr/cm3 d'après la courbe du

constructeur.

Enfin, dans le premier fût, une deuxième série de mesures

a été faite avec le tube métallique de référence en tassant le

sable pour obtenir une densité de 1,28 gr/cm3.

Nous donnons les résultats des mesures faites en essayant

d'en tirer des enseignements.

./.

48

RESULTATS -

l) Tube 1 ; 0 extérieur 14,1 cm.

Fût n° 1 :

Volume : 196,576 litres

Poids s 208,800 Kg

Densité ; 1,061

No « 24 000 cps/min N/Nodensité totale

mesurée gr/cm3

Fond du fût N = 31 826 cps/min 1,326 0,30

10 cm du fond 30 670 1,279 0,26

20 " " " 30 472 1,270 0,28

30 " " " 30 411 1,267 0,29

40 " " " 29 666 1,238 0,355

50 " " " 25 531 1,112 0,64

2) Tube 2 : 0 extérieur 11,2 cm

Fût n° 1 :

Volume

Poids

Densité

200,988 litres

211,500 Kg

1,052

Densité

No = 24 456 cps/min N/No Densité totale

mesurée gr/cm3

Fond du fût N = 30 074 cps/min 1,231 0,37

10 cm du fond 29 549 lt 1,206 0,425

20 " " " 29 569 1? 1,207 0,425

30 " " " 29 572 lt 1,207 0,425

35 " " " 29 277 II 1,197 0,45

Teneur en eau

No = 6 000 cps/min

Fond du fût

10 cm du fond

20 cm " "

30 " " "

N = 383 cps/min

200 "

148 "

132

N/No

0,063

0,033

0,024

0,022

Teneur en eau

volumique me-

surée f,

2,50

1,50

1,12

1, 10

- 49

3) Tube 4 ; 0 extérieur 9 cm

Fut n° 1 :

Volume

Poids

Densi té

203,694 litres

215,000 Kg

1,057

Densi té

Densité totale

No : 24 787 cps/min N/No mesurée

gr/cm3

Fond du fût N - 29 390 cps/min 1,186 0,47

10 cm du fond 28 400 II 1,147 0,56

20 " " " 28 256 II 1,142 0,575

30 " " " 27 969 II 1,128 0,60

40 " " " 27 639 !I 1,117 0,63

Teneur en eau

No : 5 813 cps/min N/NoTeneur en eau

volumique mesurée

Fond du fût N = 381 cps/min

10 cm du fond 217 "

20 " " " 146 "

30 " " " 127 "

0,0655

0,0374

0,0251

0,0219

2,20

1,65

1,12

1,0

/ «

4) Tube 5 : 0 extérieur 7 cm

Fût n° 1

_ 50 -

Volume

Poids

Densité

205,643 litres

216,850 Kg

1,056

Densité :

(a) 24 027 cp/min Densité totale

'° = (b) 23 659 cp/minN/No mesurée

gr/cm3

(a) (b) (a) (b) (a) (b)

Fond du fût N=27 353 N=27 041cpjéiin 1,136 ]L,142 0,585 0,57

10 cm du fond 27 047 27 176 1,140 ]L,147 0,575 0,56

20 " " " 26 770 26 785 1,112 1,130 0,64 0,60

30 " " " 26 855 26 618 1,117 ]1,125 0,63 0,61

40 " " " 27 115 26 731 1,126 11,128 0,605 0,605

Les mesures a et b correspondent à des séries de comptage

effectuées dans le même fût à plusieurs jours d'intervalles.

Teneur en eau

No : 6 059 cp/min N/NoTeneur en eau

volumique

mesurée

%

Fond du fût N = 388 cp/min 0,0640 2,65

10 cm du fond 233 II 0,0384 1,6

20 cm du fond 167 II 0,0275 1,25

30 " " " 136 II 0,0224 1, 10

40 " " " 136 II 0,0224 1,10

,/...

- 51 -

5) Tube iitél.:'J..!..'z' ''' " *" ;. idur 4. on cii

5) Tube métallique 6 : 0 extérieur 4,55 cm

: 2 0 , :;> 7 2 1 i t. ! .Fût n»>. l

fdïiilife .

Densité

litres

r^;'230 Kg1,057

Densité

No : 23 000 cps/min N/No

Densité totale

mesurée

gr/cm3

Fond du fût N= 21 733cps/feán

10 cm du fond 21 467 "

20 cm " " 21 278 "

30 cm " " 21 117 "

40 cm " " 21 254 "

0,932

0,921

0,912

0,905

0,912

1,05

1,075

1,095

1,112

1,095

Teneur en eau

Teneur en eau

No : 5 927 cps/min N/Novolumique

mesurée

Fond du fût N = 462 cps/min 0,0762 3,0

10 cm du fond 234 " 0,0395 1,60

20 cm " " 156 0,0263 1,25

30 cm " 132 0,0223 1,10

40 cm " 124 " 0,0209 1,0

/

- 52


Fût n° 1

Volume

Poids

Densi té

207,372 litres

260,530 Kg

1,28

Densité

No : 22 705 cp/min N/No

Densité totale

mesurée

fc

Fond du fût N=-- 20 412 cp/min 0,9 1,12

10 cm du fond 20 114 11 0,886 1,15

20 cm " " 19 979 II 0,879 1,14

30 cm " " 19 482 II 0,858 1,215

40 cm " " 18 393 II 0,810 1,325

/ *

- 53 -

7) Tube 3 : 0 extérieur 10,05 cm

Fût n° 2

Volume

Poids

Densité

202,204 litres

216,200 Kg

1,069

Densité

No : 24 483 cp/min N/Nodensité totale

mesurée

gr/cm3

Fond du fût N= 28 041 cp/min 1,45

10 cm du fond 26 715 M 1,090 0,69

20 cm " " 26 737 II 1,090 0,69

30 cm " " 26 525 II 1,082 0,705

40 cm " " 25 716 11 1,049 0,78

Teneur en eau

Teneur en eau

No = 5 993 cp/min N/Novolumique

mesurée

%

Fondu du fût N == 405 cp/min 0,0676 2,70

10 cm du fond 252 0,0421 1,75

20 cm " II 208 0,0347 1,50

30 cm " II 189 0,0316 1,40

40 cm " II 175 " 0,0292 1,30

./..


Fût n° 2

- 54 -

Volume

Poids

Densi té

207,100 litres

221,900 Kg

1,071

Densité

No : 24 027 cp/min N/NoDensité totale

mesurée

gr/cm3

Fond du fût N = 20 92ir cp/min 0,870 1,19

10 cm du fond 21 021 II 0,875 1,18

20 cm " 26 205 ? " 1,09 ?

30 cm " " 21 200 II 0,883 1,163

40 cm " 21 234 II 0,884 1,161

Teneur en eau

Teneur en eau

No : 6 045 cp/min N/Novolumique

mesurée

Í0

Fond du fOt Nî= 489 cp/min 0,081 3,1

10 cm du fond 281 II 0,0465 2,0

20 cm " " 175 II 0,0290 1,3

30 cm " " 152 II 0,0252 1,2

40 cm " " 124 II 0,0205 1,0

a / *

55 -

INTERPRETATION DES RESULTATS -

La figure 28 a été établie en portant en abscisse les

diamètres extérieures des tubes et en ordonnée les densités

totales mesurées pour les différentes profondeurs.

L'ensemble des courbes est assez groupé à première vue.

Cependant, quelques points sont aberrants et il est difficile

d'en tirer des conclusions.

Les mesures faites dans le deuxième fût aussi bien avec

le tube 3 qu'avec le tube métallique, ne s'intègrent pas dans

les autres résultats. Cela peut provenir d'une densité moyenne

de 1,056 dans le premier fût et de 1,070 dans le deuxième fût.

L'inflexion de la courbe entre les diamètre 7 et 9 cm

devrait être confirmée par des points intermédiaires de

diamètres de 8 cm et inférieurs à 7 cm. Ce point devra être

précisé car ce diamètre de 7 cm peut également être une dimension

critique pour la diffusion des rayonnements.

Afin de voir, s'il est possible de réaliser des mesures

en place avec un diamètre quelconque des tubes, mais en faisant

intervenir un coefficient déterminé, on a calculé pour chaque

diamètre le rapport de la densité totale calculée du fût, à la

densité totale mesurée par la sonde au centre du fût»

0 = 14, 1 cm : 1 ,061

0,285

11,2 cm : 1 ,052

0,425

3,73

2,48

9 cm i 1 ,057 , Q-

0^58-" ^'^2

7 cm : 1 , 056 _ , ^^

0,62

4,55 cm : 1,057 _ ^ q6

1,10 ' "'^^

En portant en abscisse le diamètre des tubes et en

ordonnée les coefficients, il est possible de tracer une courbe

de détermination de ces coefficients pour un diamètre quelconque

du tube d'accès»

o / . 9 .

Fig. 28- Courbe de détermination du coefficient de correction de lecture en

fonction du diamètre du tube d'accès pour la sonde à densité.

1

'.

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1

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1

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i Mi?'/

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1 -1 . .

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1 ,

'

¡ i .

Í : ' , " ' ' '

10 15

Diamètre des tubes d'accès (cm)

- 56 -

Une des conditions d'expérimentation qui nous paraît

avoir introduit la plus grande dispersion dans les comptages,

est la position de la sonde par rapport à l'axe du tube. Il

nous paraît indispensable d'envisager un système-guide pour

les sondes.

On remarquera enfin que l'influence des tubes de dia¬

mètres différents sur les sondes à humidité est beaucoup moins

importante. Elle a été étudiée parallèlement et les résultats

ont été donnés ci-dessus groupés avec ceux de la densité.

./.

- 57 -

II.- ETUDES SUR LE TERRAIN -

Ces études ont consisté essentiellement en une compa¬

raison des résultats donnés par les méthodes traditionnelles et

les méthodes nucléaires de mesure de la densité et de la teneur

en eau.

Comme beaucoup de techniciens l'ont signalé, il est bon

d'insister sur le fait que "il y a au moins autant de chances

pour que l'erreur vienne de l'essai classique que de l'essai

nucléaire ,

a/ - Centre expérimental de St-Rémy les Chevreuse

L'Institut de Recherches Appliquées du Béton Armé a mis

en place à St-Rémy les Chevreuse une station d'essais, dans le

but d'étudier l'influence de la dimension d'un pieu sur le milieu

constituant le terrain de fondation et la recherche du comporte¬

ment réciproque du milieu et de la fondation. Dans un premier

stade, les essais ont été réalisés avec un pieu unique (Fig, 29)

foncé dans une cuve de 10,25 m de hauteur et de 6,40 m de diamè¬

tre, remplie de sable de Loire compacté par couche de 40 cm. MM.

KERISEL et ADAM (375) ont exposé le résultat des nombreuses mesu¬

res réalisées d'une part sur le sable : densité avant et après

enfoncement, déformations volumiques, contraintes, d'autre part

sur le pieu : effort à la pointe, en fonction de la profondeur,

effort au vérin, frottement latéral, vitesse de pénétration,

A la demande duC une étude comparative des

méthodes de mesure de densité in situ a été faite.

Lors de la mise en place du sable, la densité variant

de 1,76 à 1,79, a été contrôlée par prélèvements et mesure du

poids du sable échelonnés tous les 20 cm en hauteur et selon les

rayons de la cuve par des mesures parallèles à celle de la mé¬

thode traditionnelle et également par couche de 20 cm.

Les mesures obtenues par les deux procédés sont réunies

dans le tableau suivant s

./.

Dispositif expérimental du pieu de Saint-Remy les Chevreuse

Fig. 29

2x 4 0 SOnnm

CONES D'ANCRAGE

VERIN 2001

2 I PN 840

DYNAMOMETRE

PENETROMETRE

0 216

SABLE COMPACTÉ

COTE 9,25

Coupe de la cuve d'essai et du dispositif

de fonçage

0 216mm

COTE2,15

0.55

Z = 0 r z 1,10 * 5,5 O

Z r 0,60 *30

r ; 0,55

Zones de plus faibles densités après enfoncement

du 0 216 jusqu'à 7,10m de profondeur.

TAMISAGE SEDIMENTATION

CAILLOUX GRAVIER SABLE SILT ARGILE

^^^ DISTANCE A

EN cm

30

u PIE U

vN \

G

T

RANULOMET

YPE D 1 <^ ARI:'^>\\ -^ 15

\^?7 2àjV. ' 1 b2

\^ \X^Oà'

\ C;^::^

- -

\.^

1

- - - '^^ * * «

l\*.^^S^

ulOO»/)

co

<90

<80

V«70

Q

560

UJ

ui40

O

<30

^20-u

§10

100 50 20 10 5 2 1 0.5ni m

5049 47 46 43 40 39 3V' ''3V 's'o '2'?O. . .a J- t i- 11- 1-1.1 - -, -

mm 10080 50 30 20 108 5 2 1 05

0.2 0,1 0,05 0,02 0,01 5

' ' ' ' ' ' MODULES AFNOR23 20

02 01

Analyse granulométrique d'échantillons de sable pris à des distances croissantes du pieu-pénétromètre 0 216 après fonçage /., - .^ ,

(d après Adam et Kerisel

- 58 -

NiveauRayon

Valeurs maxima M Valeurs minima m M/m

cmNucl. Trad. Nucl. Trad. Nucl, Trad.

1,85 1,88 1,71 1,98

145 1,86 1,76 1,057

126 1,936 1,802 1,073

1,80115 1,85 1,79 1,033

86-80 1,88 1,907 1,79 1,74 1,051 1,073

55-50 1,87 1,889 1,81 1,806 1,032 1,045

185 1,74 1,57 1,108

145 1,78 1,665 1,070

125 1,85 1,767 1,045

2,0105 1,78 1,68 1,060

97 1,876 1,73 1,083

80-78 1,76 1,85 1,72 1,755 1,022 1,052

55-50 1,78 1,86 1,715 1,728 1,037 1,076

185 1,84 1,70 1,081

145 1,84 1,71 1,076

115 1,85 1,915 1,75 1,79 1,056 1,070

2,2086,4 1,86 1,915 1,80 1,805 1,032 1,060

170 1,92 1,84 1,042

55-50 1,83 1,90 1,79 1,835 1,022 1,046

m f % m m

- 59 -

Les remarques suivantes s'en déduisent ;

- les densités "nucléaires" donnent des valeurs, qui,

à peu d'exceptions près, sont légèrement inférieures aux densi¬

tés "traditionnelles". Ce fait confirme bien la nécessité de

courbes d'étalonnage très précises et établies pour les différents

matériaux ,

- les densités varient dans des limites relativement

étendues d'un point à un autre. Pour chacune des circonférences,

plus ou moins éloignées du pieu et pour les niveaux 1,80 - 2,0

et 2,20, le tableau des rapports des valeurs maxima et minima

obtenues par les deux méthodes montre que les dispersions ne sont

pas plus grandes pour l'une ou l'autre des deux méthodes.

A la suite de ces mesures au pieu expérimental de

St-Rémy les Chevreuse, nous pensons qu'il y a lieu de distinguer

entre :

- la possibilité d'emploi et la validité des résultats

acquis par la méthode nucléaire pour lesquelles les données ci-

dessus ne laissent pas de doute : les dispersions sont du même

ordre de grandeur par la méthode des prélèvements et de plus, la

rapidité du procédé, ainsi que la reproduction de toutes les me¬

sures, sont des caractéristiques d'un intérêt certain pour une

étude de recherche. Il convient seulement de procéder à un étalon¬

nage minutieux de l'appareillage.

- des renseignements très précis sur les densités au

voisinage immédiat du pieu ne doivent pas être attendus à la

suite des quelques mesures trop peu nombreuses, réalisées ici.

Le but de cette participation était d'une part d'étudier la va¬

lidité du procédé utilisant la jauge nucléaire de densité in

situ, d'autre part d'établir des interpolations entre points de

mesures traditionnelles. Nous estimons les résultats satisfai¬

sants, contrairement à l'opinion émise dans la publication de

I'I, T. B.T.P. qui reprend l'ensemble des observations sur cet

essai d'enfoncement de pieu isolé (375),

./.

- 60

b/ Aire de compactage d'un barrage en terre et

enrochements (octobre 1963)

Plusieurs aires de compactage des matériaux de confec¬

tion du noyau et des terrains semi-perméables du barrage, c'est-

à-dire, du gore et des grès feldspathiques altérés ont été cons¬

tituées, afin de déterminer le nombre optimum de passages du rou¬

leau compacteur, en fonction des caractéristiques physiques et

minéralogiques de ces matériaux et, en particulier, de leur te¬

neur en argile .

A cet effet, le gore ou le grès ont été déversés sur

une surface de 30 x 10 m environ, en couches d'épaisseur initiale

de 30 ou 40 cm. Après chaque aller-retour du rouleau à pneu, type

Isopactor de 22 tonnes, deux mesures de teneur en eau et de den¬

sité par prélèvement étaient faites en deux points de l'axe de

roulement à la surface du matériau, et, auparavant, deux mesures

"nucléaires" étaient effectuées à l'emplacement des prélèvements.

Ces mêmes mesures étaient également faites à 20 cm

sous la surface de la couche, au même endroit que la mesure pré¬

cédente, soit» après chaque passage du rouleau, un total de 4 me¬

sures pour chacune des méthodes. La pression de gonflage des

pneus du rouleau a été modifiée à plusieurs reprises.

- Etalonnage des appareils

Sur l'emplacement même du barrage et avec les mêmes

matériaux, gore et grès feldspathiques, des cuves d'étalonnage

ont été spécialement réalisées avec les caractéristiques optima

déterminées par essais Proctor, De plus, d*autres cuves avec des

matériaux différents, sable et graviers, prélevés dans la région

et fournissant des valeurs supplémentaires dans la gamme des den¬

sités ont également été préparées.

La mise en place a été faite dans des buses en béton

de 1,20m de diamètre sur Im de hauteur et enterrées dans le sol,

afin de maintenir constantes dans la mesure du possible les ca¬

ractéristiques initiales.

» / , , *

- 61 -

- Résultats des mesures sur les aires de compactage

GORE

l) Couche initiale : 50 cm

Pression des pneus du rouleau : 3,6 bars

Teneur en eau du sol : 9,8 fo

Nombre de

passages du

rouleau

Profondeur

de la mesure

(cm)

dh. gr/cm3 ds. gr/cm3 U! fo < fo

Nucl. Trad. Nucl. Trad, Nucl. Trad, Nucl , Trad.

4 surface

II

1,97

2,04 1,86 9,8

II 2,01 1,683 32,75 16,30

II 2,04 1

8 2,02

10 1,76 1,54 22 12,50 8,6

18 1,84

20 2,00 1,62 1,75 37,75 18,86

35 1,63 1,395 23,5 14,41

8 surface 2,07 1,89 1,91 18 8,70 10,2

20 2,06 1,845 1,82 21,5 10,44 10,65

10 surface 2,04 1,865 17,50 8,58 9,50

II 2,04 1,855 18,50 9,17 10,3

II 1,97

12 surface 2,08

II 2,16 1,98 18 8,34 9

II 2,14 1,97 17,25 9,06

18 1,91

2,03

1,67

1,82

1,865 34,25

21,50

12,70

10,60

10,6

2) Couche initiale : 40 cm

Pression des pneus du rouleau : 3,6 bars

Teneur en eau du sol : 10,0 fo

- 62

Nombre de

passages du

rouleau

Profondeur

delà

mesure

dh. gr/cm3 Ds, gr/cra3 cL'fo c^fo

Nucl. Trad, Nucl, Trad. Nucl, Trad. Nucl, Trad.

6 surface

15 cm

2,07

1,77

1,85

1,523

1,89

1,79

21,44

24,75 ce

3

fl

fl

O

Ü

m

^->

iti

^J

rt

3

CO

NOJ

St

eo

11,6

16,25 CO

3

fl

flO

o

co

cti

rt

3co

N(D

U

T3

co

cd

CL

8 surface

15 cm

2,05

1,905

1,841

1,643

1,91

1,81

20,80

26,25

11,32

15,97

10 surface

15 cm

2,09

1,905

1,884 20,62 10,95

14 surface

15 cm

2,03

1,98

1,845

1,78

1,92

1,87

18,5

20

10,03

11,25

18 surface

15 cm

2,10

2,0

1,91

1,79

1,92

1,88

19

21

m

cd 9,95

11,72


Pression des pneus du rouleau : 6 bars

- 63

Nombre de

lassages du

rouleau

Profondeur

de la mesure

(cm)

Dh. g r/cm3 Ds. gi [ ^' fo o¿ %

Nucl, Trad, Nucl, Trad. Nucl. Trad. Nucl. Trad,

6 surface W 1,995 1,665 1,805 19 19,00 9,53 10,25

E 2,06 1,698 1,8551 ,855

18,5 15,75 9,0 8,50

15 cm W 1,97 1,634 1,735 23,5 19,60 11,92 10,70

E 1,96 1,675 1,7431,83

21,75 15,55 11,09 8,50

10 surface W 2,03 1,675 1,848 18,20 23,25 8.', 97 8,20

E 2,14 1,666 1,9881,907

15,2 24,10 7,10 9,50

15 cm W 1,85 1,651 1,625 22,5 16,93 12,17 9,30

E 1,87 1,636 1,6631,82

20,75 18,40 11,10 10,10

12 surface W 2,05 1,700 1,85 20 20,70 9,75 10,85

E 2,04 1,770 1,8851,907

15,50 13,74 7,60 7,20

15 cm 1Y 1,88 1,647 1,635 24,50 20,35 13,02 11,00

E 1,875 1,68 1,6781,85

19,75 17 10,52 9,20

14 surface W 2,06 1,738 1,868 19,25 15,90 9,35 8,40

E 1,97 1,708 1,7651,897

20,50 18,97 10,40 10,00

15 cm W 2,02 1,652 1,783 23,75 17,85 11,75 9,75

E 2,03 1,62 1,8231 ,83

20,75 21,05 10,22 11,50

16 surface W 2,16 1,736 1,965 19,50 18,42 9,03 9,60

- E 2,01 1,747 1,8151,92

19,50 17,30 9,70 9,00

15 cm W 2,07 1,677 1,845 22,5 19,04 10,87 10,20

E 1,855 1,480 1,6381,867

21,75 18,70 11,71 10,00

GRES FELDSPATHIQUE ALTERE64


Pression des pneus du rouleau ; 6 bars

Nombre de Profondeur

de la mesure

Dh. g]r/cm3 Ds. gr/cm3 J} % o4 %p as s ages "*

du rouleau (cm) Nucl. Trad, Nucl. Trad. Nucl , Trad. Nucl, Trad.

4 surface W 1,97 1,858 11,25 6,06

E 2,042, 161

1,9082,03

13,2513,9

6,956,5

15 2,155 2,257 1,943 2,12 21,25 13,78 10,92

6 surface 1,975 2,17 1,855 2,07 12 10,097 5,3

15 2,18 2,25 1,99 2,13 19 12,133 9,55 5,7

8 surface 1,945 2,174 1,823 2,085 12,25 8,95 6,72 4,3

15 2,08 1,903 1,913 17,75 9,34

10 surface 1,91 2,22 1,793 1,808 11,75 13,58 6,65 6,5 ¡

15 1,90 2,23 1,775 1,785 12,50 13,63 7,05

5) Couche initiale î 30 cm

Pression des pneus du rouleau % 6 bars

Nombre de Profondeur

de la mesure

(cm)

Dh, gr/cm3 Ds. gr/cm3 J.' fo t^- fopas s ages

du rouleau Nucl. Trad, Nucl, Trad. Nucl. Trad. Nucl, Trad. \

4 surface

15

2,35

2,131,946

2,48

1,915

2,16

2,16

20,25

21,5021,4

9,43

11,29,9

6 surface

15

2,24

2,15

1,924

1,98

2,053

1,958

2,8

2,20

18,75

19,25

25,65

22

9,15

9,825

8,5

9

10 surface

15

2,27

2,32

2,042

1,944

2,065

2,113

2,22

2,16

20,50

20,75

17,82

21,6

9,95

9,83

8

10

- 65 -

- Examen des résultats

La dispersion des résultats est assez grande. Elle

vient d'une part, de l'hétérogénéité effective de la couche,

due à la présence d'éléments caillouteux atteignant jusqu'à 8cm

et dont la répartition est imprévisible, d'autre part, de la

difficulté de mise en place des appareils nucléaires. Le serrage

du matériau après les passage successifs du rouleau donne des

surfaces de couches où les éléments les moins altérés font légè¬

rement saillie. Cela suffit pour que l'adhérence des jauges soit

insuffisante et donne presque toujours des valeurs de densité

inférieures à celles du densitomètre à membrane, mais, surtout,

cette absence de planéité rend assez imprécis le tracé de la

courbe de variation de la densité en fonction du nombre de passa¬

ges du rouleau.

De plus, et en confirmation de ce que nous venons de

dire, il semble que les mesures faites sur les grès feldspathi¬

ques altérés donnent des résultats peu exploitables, car il ne

se produit alors pas d'écrasement des fragments les plus impor¬

tants sous le compacteur comme c'est le cas pour le gore.

Les façons de remédier à cet état de chose nous pa¬

raissent être de 2 sortes : soit l'emploi d*un sable fin pour

rendre plane la surface de contact, soit l'emploi d'une sonde

de profondeur après un étalonnage tenant compte de la proximité

de la surface (l5 à 20 cm) et de son intersection par la sphère

d'influence de la sonde.

En outre, toutes les mesures indiquées dans les ta¬

bleaux précédents et se rapportant à une profondeur de 10 à 35

cm, sont faussées par l'utilisation des jauges de surface dans

des conditions impropres. En effet, après la mesure de surface,

le sol était creusé sur une profondeur de quelques décimètres

pour loger la jauge. Dans ce cas, on constate une influence très

nette des parois de la cavité qui entrent en jeu dans le parcours

des rayonnements : c*est le phénomène d'encastrement qui doit

être évité en agrandissant le trou jusqu'à lui donner une section

de 0,60 X 0,60 au minimum.

Enfin, en ce qui concerne les teneurs en eau, il est

bien évident que les atomes d'hydrogène entrant dans la contri¬

bution des minéraux argileux influent, au même titre que ceux de

l'eau non liée et augmentent légèrement la valeur moyenne des

teneurs en eau, ainsi que la méthode de mesure traditionnelle qui

s'effectue par chauffage à t°/105° et qui laisse la plus grande

partie de l'eau du réseau descargues dans le matériau.

- 66 -

c/ - Digue de Notre-Dame et Gommiers

En relation avec la Région d'Equipement Hydraulique

Alpes I d'E.d.F,, des mesures en place ont été faites au mois

de Novembre 1962 sur la digue en cours de construction de

Notre-Dame de Gommiers (Isère).

Une première série de mesures réparties en 5 points

espacés de 2 mètres a été suivie de prélèvements aux mêmes

points, pour des mesures traditionnelles effectuées par le

laboratoire du chantier, par la méthode du sable.

Ensuite, deux trous forés à la tarière ont été testés

par les sondes de profondeur à des intervalles de 5 ou 10 cm.

Chaque mesure a été faite avec un comptage de 2 minutes.

I , - Mesur es de su rf ace

Points de mesure

Dh. g r/cm3 Cx('gr/cm3 Ds . gr/cm3 o< fo

Nucl. Trad. Nucl. Trad. Nucl. Trad, Nucl, Trad.

1 2,295 2,279 0,208 2,087 2,009 9,97 13,5

2

2»

(10 à 15cm plus bas)

2,190 1 0,219 1,971 11,11

2,180 2,304 0,209 1,971 2,076 10,60 11,0

3 2,277 2,284 0,216 2,061 2,051 10,48 11,4

4 2,305 2,218 0,223 2,082 1,976 10,71 13,3

5 2,270 2,257 0,255 2,015 1,976 12,43 14,2

» /

- 67 -

II ,- Mesures en profondeur

a) Forage correspondant au point de surface n«'5 (97 cm)

Profondeur à partir

du sommet (cm)

Dh, gr/cm3 o¿'gr/cm3 Ds. gr/cm3 d^fo

40 2,23 0,257 1,973 13,03

50 2,25 0,256 1,994 12,84

60 2,19 0,255 1,935 13,18

70 2,18 0,230 1,950 11,80

80 2,30 0,20 2,10 9,53

b) Forage correspondant au point de surface n*> 3

Profondeur à partir

du sommet (cm)Dh, gr/cm3 o^'gr/cm3 Ds. gr/cm3 ^%

36 2,19 0,264 1,926 23,71

40 2,18 0,261 1,919 13,60

45 2,20 0,267 1,933 13,81

50 2,175 0,269 1,906 14,11

55 2,18 0,259 1,921 13,48

On peut constater ,dans ce cas ,1 ' homogénéité des

densités totales dont les valeurs extrêmes sont : 2,175 et

2,305 gr/cm3, dans ce qui était le futur noyau étanche de l'ou¬

vrage .

De plus, la comparaison des mesures de surface faites

par deux méthodes différentes est satisfaisante. Ce résultat

doit être attribué aux caractéristiques du matériau silto-argi-

leux, très homogène, comportant peu d'éléments grossiers»

./.

- 68 -

L'ensemble des prélèvements effectués montre que la

carrière ne comporte que 1 à 5 f, d'éléments supérieurs à 100 mm

et 5 à 10 ^ supérieurs à 50 mm.

Les quelques mesures de Not re-Dame-de-Commiers consti¬

tuent un des cas les plus intéressants où les méthodes nucléaires

de densité et teneur en eau peuvent être utilisées dans des

conditions particulièrement favorables,

d/ - Digue de Saint-Cassien

C'est avec l'accord de la région hydraulique d'Alpes III

d'EdF et sur la demande du Bureau d'Etudes Coyne et Bellier, que

les essais décrits ci-dessous ont eu lieu, au cours de la période

d'études préliminaires des matériaux devant servir à la digue,

- Description des essais

Les mesures sur le terrain ont été faites systématique¬

ment avec des comptages de deux minutes. Par ailleurs, aux mêmes

points, des mesures traditionnelles par densitomètre à membrane

notamment et par séchage en étuve, ont fourni des recoupements.

Ces dernières mesures ont été effectuées et nous ont été communi¬

quées par le laboratoire E,D,F, de l'aménagement de St-Cassien.

Une première série de mesures a été faite dans la future

zone de prélèvements du noyau étanche de l'ouvrage proj été, donc dans

une zone particulièrement intéressante. Cette série d'essais

comprend :

- des mesures de surface, après décapage sur

quelques centimètres. Six mesures ont été réalisées avec les

jauges de surface nucléaires et par méthodes classiques,

- des mesures de profondeur avec les sondes nuclé¬

aires» Ces mesures effectuées dans un trou d'une profondeur de

1,65 m foré à la tarrière, de diamètre 45 mm, ont été faites en

remontant les sondes de profondeur tous les 10 cm à partir du

fond du forage,

- un profil vertical réalisé avec jauges de surface

et prélèvements d'échantillons à proximité du trou sondé précé¬

demment. Les mesures "nucléaires" ont été faites tous les 10 cm

et les prélèvements tous les 20 cm.

o /

- 69 -

Sur le bord de la digue d'essai compactée au rouleau

"pieds de mouton", de 12,6 T, un forage de 1,72 m, réalisé dans

les mêmes conditions que précédemment, a été étudié avec les

jauges de profondeur suivant des intervalles de 10 cm.

Résultats des mesures -

Soit : Y' , la densité total

^y' , la teneur en eau volumétrique

On tire V^ , la densité sèche et

\jj , la teneur en eau pondérale, par les

formules suivantes :

V d = ¡f" - U/' et IV = IV ' = C^>^Y- (^' Y^

ou

ou y- i-c^' u__uj'.^

J

E étant l'équivalent - eau.

- 70 -

a) Zone de prélèvement (de Patarelle)

- mesures de surface

Points

de

Mesure

Mesures nucléaires {")Mesures 1

traditionnelles

Densité

totale

Y gr/cc

Teneur en

eau volu¬

mique

4/' gr/cc

Densité

sèche

yd gr/cc

Teneur en

eau pondé¬

rale

U/ fo

Densité

totale

gr/cc

Teneur en

eau fo

1 2,08 0,265 1,823 14,54 2,035 15,25

2 2,08 0,312 1,756

1,852

17,77

11,62

2,12 14,8

3 1,83 0,258 1,572

1.644

16,41

15,72

1,93 15,2

4 1,763 0,332 1,431

1,486

23,20

16,80

2,025 17,25

5 1,975 0,315 1,660

1,766

18,98

16,90

2,112 17,25

6 1,741 0,225 1,516 14,84 1,84 13,9

( * ) Les chiffres soulignés tiennent compte de

l'équivalent - eau E des échantillons prélevés.

V.o /

71 -

- mesures de profondeur (figure 30)

Profondeur de mesures

à partir de la surface

du sol (cm)

Mesures nucléaires

If'gr/ccDensité

totale

i/J'gr/cc

Teneur en

eau volu¬

mique

Y gr/ccDensité

sèche

iAjfo

Teneur en

eau pondé¬

rale

36,5 1,77 0,264 1,506 17,53

42 1,795 0,263 1,532 17,17

52 1,89 0,259 1,631 15,88

62 1,995 0,260 1,735 14,99

70 2,025 0,255 1,770 14,41

80 2,05 0,271 1,779 15,23

90 2,04 0,274 1,766 15,52

100 2,04 0,285 1,755 16,24

110 2,03 0,303 1,727 17,55

120 2,06 0,290 1,770 16,39

130 2,12 0,292 1,828 15,97

140 2,16 0,292 1,868 15,63

150 2,18 0,285 1,895 15,04

I /

0TJC

o

O

Q.

Densité totale

100-

-150-

30)TJC

O

"oQl

^O-

^ÔO-

-450-

1.70 1.80

(

1.90

Tgr/cc-I^ H^^

2.00 2.10 2.20 f 13

ST CASSIEN - Novembre 1962

y/ Teneur en eau pondérale

i

^ - ^-

/

\\

/

/: /

U; /

/

/

-\

\

.1

t-

14

r-

15 16 1^1

18

r

19

W%I

20

H Jauges nucléaires de surface

1 Sôfiëes fwciéaires de profornleur

Densitomètre à membrane

Jauge nucléaire de surface

Sende mjcleaire de pr^fendeur

Etuve

Fig.30-Zone de prélèvement de Patarelle

- 72 -

- profil vertical (figure 30)

Réalisé avec les jauges de surface.

Profondeur

des mesures

(cm) à par¬

tir de la

surface du

sol

Mesures Nucléaires

Y gr/ccDensité

totale

UJ* gr/ccTeneur en

eau volu¬

mique

0 gr/cc

Densi t é

sèche

Teneur en

eau pondé¬

rale

Mesures

tradi tionnelles

gr/cc

Densi té

totale

Teneur en

eau %

20

30

40

50

60

70

80

85

95

105

115

125

135

145

155

1,99

1,915

1,76

1,732

1,832

1,81

1,97

1,962

2,005

1,922

1,90

1,947

1,935

1,95

0,260

0,300

0,263

0,248

0,295

0,288

0,305

0,305

0,350

0,347

0,312

0,333

0,343

0,374

1,730

1,615

1,497

1,484

1,537

1,522

1,665

1,657

1,655

1,575

1,588

1,614

1,592

1,576

15,03

18,58

17,57

16,71

19,19

18,92

18,32

18,41

21, 15

22,03

19,65

20,63

21,55

23,73

1,90

1,90

2,015

2,415

2,125

2, 115

2,095

2,3

15,05

16,40

17,95

15,10

16,65

15

15,6

16,15

./..

- 73 -

b) Digue d ' essai (figure 31)

Profondeur de mesure

(cm) à partir de la

surface du sol

Densité

totale

Y gr/cc

Teneur en

eau volu¬

mique

Ou' gr/cc

Densité

sèche

y'd gr/cc

Teneur en

eau pondé¬

rale

Cu fo

2,16 15,15

30,5 2,055 0,250 1,805 13,85

38 2,090 0,260 1,830 14,21

45 2,090 0,274 1,816 15,09

55 2,065 0,263 1,P02 14,60

65 2,015 0,250 1,765 14,16

75 2,020 0,226 1,794 12,60

85 1,985 0,220 1,765 12,47

95 2,04 0,229 1,811 12,65

105 2,045 0,227 1,818 12,49

115 2,057 0,248 1,809 13,71

125 2,070 0,230 1,840

(1,915)

12,50

135 2,070 0,230 1,840 12,50

145 2,095 0,249 1,846 13,49

155 2,080 0,227 1,853 12,25

» / «


IS 14 lis 16 17 18 19 2C 21Surface = 0 "''''">-

0. SO

LDO

1.50-

!W%

E

011»

3tn

0

E

ro

TJ

Sorides î nucléaires de profondeur

30TJCOH

O

Q.

NV

^*-..I

/

Di^ité [tetale

-Humidité pondérate

>-^ \

/ \\\

iH1.^ 1.60 1.70 1.Í0 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 I Ygjr/cc

-M-

Surface = 013 14 16 Vb

î-1 ^

0.5Ô-

1.00

1.50

ij^ le li» ' 2b 2I11(11u

22 ^ 2Í4 25-Iu

W%

I r\á ,nciítp Irvtfllp

0)TJ

0-ac

OH

O

Q.

Sondes

I

> T

Humidité pondérale ' nucléaires

D<nsitoniètfe à memftrane

-t- Etjve

: i , ' ,s nuoiéoirés de^ surflace et

mlethiocjes trjaditionnelles

V

V"*

1*^-'--,.

1 I i I II I > I )( I !

1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 Y gr/cc

Fig. 31 - Zone de prélèvement de Patarelle

74 -

REMARQUES SUR CES RESULTATS -

1/ - Mesures de surface

On a porté sur un même graphique (fig, 32) les valeurs

de densités totales obtenues d'une part, avec le densitomètre

à membrane et d'autre part, avec la jauge nucléaire. Puis, les

droites à écart relatif constant ont été tracées. Un graphique

semblable a été fait pour les teneurs en eau obtenues aux mêmes

points par les méthodes traditionnelles et radioactives (fig, 33)

On constate que ;

a) la densité mesurée par le densitomètre

lembrane est légèrement supérieure à celle indiquée par la jauge

'adioactive, La majorité des points est comprise dans un écart

m(

r< -

moyen de -5 à -10 fo» Un seul point est inférieur à -10 fo et 3

sont entre -5 et +5 %,

b) les résultats de teneur en eau sont beaucoup

plus dispersés, mais indiquent presque . tous , pour la méthode

classique, une réponse inférieure à celle de la jauge nucléaire.

c) d'une façon générale, il ressort que, si elles

donnent des résultats plus groupés, les mesures où les jauges

de surface sont entourées de parois de terrain relativement

rapprochées, conduisent aux écarts les plus grands entre les deux

méthodes. Nous avons déjà signalé ce phénomène d'encastrement

plus haut. En effet, les jauges sont influencées par les parois

et intègrent, dans leurs mesures, la réponse des zones de terrains

situés au-dessus du plan moyen de la source et des compteurs.

2/ - Mesures en profondeur

Nous avons porté sur la même figure (fig, 34) les

mesures faites en profil vertical, soit avec jauges de surface

et méthodes classiques, en décapant tous les 10 ou 20 cm, soit

avec des sondes de profondeur dans un trou situé à proximité

immédiate.

On notera s

- d'une part l'homogénéité de la densité dont les

valeurs extrêmes sont, par exemple, de 1,77 en surface et 2,18

en profondeur pour les mesures faites dans le trou. Il est à

noter que de 0,55 à 1,20, on a une bonne concordance de résultats.

De même, la jauge neutronique de profondeur donne des teneurs en

eau pondérales comprises entre 16 et 18 f>»

. / » . .

I 1

! I

Í '- 1-


Surface= OL40 \.iO 30

0.50-

I*'3

1 AftS1a.

I

t^.

..-""

:

1.50-

-Î--

I 1

2W 2j20

)X t-- 1

X

2.00J

11 1(2 n ik i|5 16 17 iè li?-i(-

.-!_Density totale |

Humidilté ponjdérale !

-r-

Mg. 3^ -; Dfgue ¡d'essai

" Sondesl nucl sdîreï 3e Í)rofoindeur

.-t

^ -

I

K gr/cc-^

' I


2.20-

2.Ï0- .2

2.00

1.90-

1.80

1.70Densitomètre à memt)rane Y gr/cc

1.70 . 2.00 2.201

Mesures en surface

Mesures proches dts parois de terrain

Fig. 33 - Comparaison des nfiesures de densité

11

- NovfenFibre 1962

12 13 i 14 15 16 17 18 : 19 20 21 22 23 ! 24

Mesures en surface

« Mesures proches dbs parois de terrain

Fig. 34- Comporolson des mesures de teneurs en eau pohdérale

75 -

- On constate d'autre part, la conformité entre les

mesures traditionnelles et les jauges de profondeur. Les valeurs

plus éloignées des mesures par jauges de surface doivent être

dues au phénomène, mentionné plus haut, d '" encastrement " ,

La figure 31 montre le profil vertical des densités

totales et des teneurs en eau réalisé dans la digue d'essai. On

y observe une diminution de la teneur en eau, en profondeur,

avec deux points singuliers et une légère augmentation de la

densité. Aucune périodicité correspondant aux couches successives

de matériau compacté n'est mise en évidence, comme ce fut le

cas dans une autre étude de digue dressai.

3/ - Les analyse chimiques faites sur 6 échantillons et

que nous donnons ci-dessous, sont très comparables. Nous ne

pensons pas qu'il faille attribuer à une variation de la composi¬

tion chimique les dispersions trouvées dans les mesures, mais,

soit à la trop grande surface d'application des jauges de

surface, soit à des dispersions en sens inverse des mesures

traditionnelles.

On notera la présence de traces de B03 ,

A ces analyses, sont jointes les déterminations minéra¬

logiques des mêmes échantillons.

CONCLUSIONS -

Cette série de mesures réalisées dans de bonnes

conditions, nous paraît concluante pour la validité de l'appareil¬

lage nucléaire qui s*adapte particulièrement bien au matériau

homogène de l'emplacement de Saint-Cassien, exempt de gros

éléments .

RESULTATS DES ANALYSES CHIMIQUES ET MINERALOGIQUES

Profil vertical

Zone de

prélèv ements

-1,15 m

Surface

N° 1

Surface

N° 2

Surface

N" 3

Surface

N° 4

Surface

N° 5

SiOg 76,4 69,8 72,3 75,4 77,4 68,6

^^2^3 3,2 4,5 4,0 3,75 3,0 4,6

CaO 0,5 1,0 0,5 1,05 0,5 0,6

MgO 0,9 1,1 1,0 0,95 0,75 1,2

K^O 2,1 2,2 2,3 1,90 2,0 1,9

NagO 0,65 0,7 0,95 0,60 0,7 0,7

AI2O3 10,70 14,4 13,2 11,1 9,8 14,8

TÍO2 0,60 0,6 0,6 0,8 0,6 0,6

BO3 1,50 0,1 Traces Traces 1,9 1,8

H^O- 1,1 1,3 1,35 0,8 0,9 1,3

H2O+ 2,8 3,6 3,30 3,0 2,6 4,3

CO2 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 0

PF fo 5,2 4,4 3,7 6,0

Argiles

(x)Illite Illite Illite

Chlorite

éventuelle

Illite

Traces de

Chlorite

Illite

Chlorite

éventuelle

Illite 8/40

traces de

Montmorilloni te

(x) détermination effectuée sur les fractions inférieures à 5 microns, orientées sur

support de verre.

77

CHAPITRE III

EXEMPLES D'APPLICATIONS EN GEOLOGIE APPLIQUEE

Dans ce dernier chapitre de notre exposé, figurent les

résultats des mesures effectuées sur plusieurs chantiers, pour

l'étude de certains des problèmes qui se posent aux géologues de

Génie Civil. Ces mesures ont bénéficié d'un étalonnage permanent

avec les méthodes traditionnelles. Nous aurons ainsi un aperçu

de quelques-unes des applications possibles de 1 * apparei 1 1 age

nucléaire d*étude des sols, aperçu qui sera complété par d'autres

utilisations relevées dans la littérature internationale,

I.- FONDATIONS DE BATIMENT -

Des mesures d'étalonnage comparatives avaient été faites

sur ce chantier. Par ailleurs, à plusieurs stades de la construc¬

tion, il a été nécessaire d'avoir des données précises sur les

caractéristiques des terrains, en vue, d'une part de préciser la

nature des terrains en profondeur, ce qui a donné lieu à une

série de mesures dans des sondages, d'autre part de déterminer

les caractéristiques des fondations de bâtiments lourds avec de

nombreuses mesures dans des fouilles et dans des puits de

reconnaissance.

a/ - Mesures dans les sondages

,Elles ont été faites avec les sondes de profondeur,

depuis la surface de la nappe phréatique jusqu'à 0,50 m de la

surface du sol, avec généralement des intervalles de 0,50 m

entre chaque mesure, sauf aux points de variation brusques des

caractéristiques étudiées.

Par ailleurs, le diamètre des sondages de 116 mm nous

a conduit à faire intervenir un facteur de correction^

1°/ Sondage A (Fig. 35)

Les terrains traversés sont des grès feldspathiques

diaclases sur toute la hauteur du sondage. Ces grès sont altérés

jusqu'à du sable en surface, sur environ 5 m plus bas.

I / o

Terre végétale.

Sable jaune et grés quartzeux

plus ou moins altéré en frag¬

ments et nodules plus plastiques.

Grès alteré en sable.

Gres altere .

Arq^ile .

Gres.

Grès fragmenté diaclasé ogros grains.

Grès clair tendre.

Grès plus dur.

Grès.

Argile.

Grès feldspathique dur.

Diaclases emplies d'argile.

Gres tendre verdâtre micacé

fragmenté .

o0 Le 7_7-1961

00 Le 30-8-1961

++ Le 30-8-^1961

17%

Densitc 0,5

Fig. 35

- 78 -

ils passent à une alternance de niveaux lenticulaires plus ou

moins durs, avec quelques passages assez argileux de 5 à 10 cm

de puissance.

Le sondage cité ci-dessous a été foré par percussion en

7" sur 4,60 m puis par rotation au double carrotier en 116 mm de

diamètre, de 4,60 à 14,65 m à cause de la présence d'eau, profon¬

deur au-delà de laquelle, les sondes nucléaires n'ont pas pu

descendre. Le sondage est par contre équipé d'un tube en lucoflex

de 130-140 mm depuis la surface jusqu'à 5,20 m.

Les mesures ont donné les résultats suivants :

Profondeur de Densité totale Teneur en eau

la mesure depuis gr/cc volumique fo

la surface (m) mesurée (1)

2,0 9,80

2,50 1,5 11,20

2,75 1,25 11,40 10,80

3,0 2,20 11,60 11,0

3,25 1,95 10,80 10,40

3,50 1,55 11,30 10,80

3,75 1,75 10,60 10,30

4,0 1,85 9,90 8,60

4,25 2,15 10,25 9,40

4,50 2,30 10,20 9,50

4,75 2,17 10,25 9,75

5,0 2,32 10,20 9,45

5,25 2,18 9,90 9,20

5,50 1,81 9,70 9,40

5.75 1,90 9,50 8,80

6,0 1,80 9,75 9,0

6,25 1,77 9,85 9,75

6,50 1,89 9,80 8,85

6,75 1,93 9,60 8,80

7,0 1,92 9,60 8,55

7,25 2,0 8,70 9,70

7,50 2,03 8,80 9,75

7,75 1,77 9,05 11,20

8,0 2,31 9,70 11,70

8,25 2,32 11,20 11,45

8,50 2,31 11,0 12,20

8,75 2,30 12,10

9,0 2,33 13,50

9,25 2,28 13,90

9,50 2,32 13,40

(l) Les deux colonnes de chiffres correspondent à desmesures effectuées deux jours différents.

./.

79

2®/ Sondage B (F ig, 36)

Ce sondage a réalisé également une série gréseuse à

niveaux à altération variable du sable à peine consolidé au

grès dur. Un passage argileux se trouve vers 3,50 m,

La percussion en 7" est descendue jusqu'à 2,75, puis

elle a été prolonger par la rotation en 116 mm. Le tubage en

130-140 mm de lucoflex descend jusqu'à une profondeur de 3,30 m.

Dans un but d'étude de la reproduc t i bi 1 i té ,

de mesures ont été faites qui ont donné %

deux séries

Profondeur de la

mesure depuis la

Densité t otale gr/cc Teneur

volumi

en eau

que ^_._ __ __-.

""

surface (m) 8/7/61 31/8/61 8/7/61 31/8/61

0,75 1,44 7,50

1 1,50 8,80

1,25 1,44 7,20

1,50 1,62 8,10

1,75 2,09 8,20

2,0 2,02 8,50

2,25 1,42 8,50

2,50 1,48 8,0

2,75 1,80 1,62 7,60

3,0 1,58 1,55 7,60 8,45

3,25 1,51 1,30 8,80 8,20

3,50 1,78 1,22 8,55 9,20

3,75 1,67 2,14 8,20 8,75

4,0 1,68 1,95 10,20 8,50

4,25 1,91 1,91 7,80 10,5

4,50 2,23 2,14 8,80 8,25

4,75 2,40 2,06 10,40 10,0

5,0 2,70 2,19 7,50 10,80

5,25 2,27 2,31 7n20 8,50

5,50 2,39 1,55 7,60 7,60

5,75 2,70 2,17 10,45 7,20

6,0 2,65 2,38 8,10 7,25

6,25 2,81 2,26 8,80 7,75

6,50 2,70 2,12 9,90 9,70

6,75 2,65 2,63 8,0

7,0 2,53 8,25

7,25 2,65 9,50

7,50 2,56 9,70

7,75 2,43 10^258,0 2,56 8,20

8,25 2,61 9,0

8,50 2,70 9,70

8,75 9,80

./.

-í-^R^^

Terre végétale.

Argile grise et morceaux de gres

siliceux .

Elements de schiste gris.

Grès très dur.

Schiste gris à altération. ^~

Gres tres dur en fragments

Altération.

Alteration.

Grés très fragmenté.

Grès à grain fin dur

Gres a diaclases argileuses.

série détritique à nodules de gres

-o |e 8.7.1961

-t> le 31-8.1961Humidité

++ le 8.7.1961

++ le 31.8-1961

10 11 12 13 IA 15 16 17 V.

Densité 0,5 L5 2,5

Fig. 36

- 80 -

3°/ Sondage C (Fig, 37)

Toujours dans les séries gréseuses, ce sondage a

pourtant une coupe pétrographique plus hétérogène que les

précédents, car il comporte des niveaux argileux plus abondants.

Foré en percussion de 7", jusqu'à 2,30 m, il a été poursuivi en

rotation de 116 mm. Le tubage lucoflex descend à 3,15 m. Comme le

précédent et dans le même but, il a également donné lieu à

2 séries de mesures :

Profondeur de la Densité to tale gr/cc Teneur en eau

mesure depuis la

surface (m)

volumique ^

7/7/61 30/8/61 7/7/61 30/8/61

2,0 7,50 8,80

2,25 10,50

2,50 8,0 16,40

2,75 1,80 16,50

3,0 1,34 15,75 14,90

3,25 2,67 14,75 13,10

3,50 (0,43) ? 12,80 11,5

3,75 2,20 10,5

4,0 2,56 9,0 16,20

4,25 2,77 14,25

4,50 1,82 14,25 12,40

4,75 1,41 1,46 12,50

5,0 1,0 10,20 13,50

5,25 1,05 1,64 14,40

5,50 2,0 13,0 14,0

5,75 1,32 1,62 14,10

6,0 1,90 14,25 15,10

6,25 1,76 2,20 14,80

6,50 1,76 13,85 15,25

6,75 0,79 1,66 11,80

7,0 1,52 11,40 14, 10

7,25 2,66 1,86 9,25

7,50 2,82 10,50 8,65

7,75 2,60 2,78 8,90

8,0 2,68 7,90 8,40

8,25 2,58 2,68 8,0

8,50 2,62 7,0 8,20

8,75 2,52 2,70 8,80 10,0

9,0 2,70 9,25

9,25 2,68 9,20

9,50 2,71 13,50

/

Terre végétale.

Argile de surface et cailloux

Sable argileux.

Sable argileux et argile brunâtre

Sable grisâtre grès alteré et

argile .

Grès altéré argile et sable.

Gres.

Grès altéré plus dur.

Non carotte.

-o le 8.7.1961

-0 le 31.8-1961

D.Om

Echelle 1/50.- SV>^f

<i-

ô-

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N

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! 1

Humidité 8

++ le 31.8.1961 Densité 0,5 1

Fig. 38

10 11 12 13 IA 15 16 17%

-I-

1/5 2,5

82 -

50/ Synthèse des résultats

Pour les 4 sondages étudiés, le tableau ci-dessous

donne les valeurs minima, maxima et moyennes obtenues pour

chaque catégorie de terrain :

Nature du

terrain

Densité totale gr/cc Teneur en eau volumique fo

minimum maximum moyenne minimum maximum moyenne

Argile et 1,42 2,09 1,71 7,20 10,50 9,20

schiste argileux

Sable et 1,50 2,25 1,89 8,60 11,60 10,80

sable argileux

Grès altéré 1,62 2,30 1,94 8,60 15,25 11,88

Grès fragmenté 1,62 2,80 1,93 7,25 10,50 9,18

Grès sain à 1,77 2,82 2,25 7,0 15,20 9,95

grain + grossier

Grès micacé vert 1,41 2,38 1,83 12,10 14,75 11,60

(pélitique)

r

En général, ces valeurs semblent légèrement inférieures

à celles fournies par les déterminations de laboratoire sur prélè¬

vements intacts»

Par ailleurs, la précision des mesures de profondeur

n'est pas suffisante et on perçoit dans les coupes et les résultats

des figures 35 à 38 , une indétermination qui peut atteindre la

valeur de l'intervalle soit 0,50 m,

b/ - Mesures de surface (photo 3 )

Une fois réalisé le terrassement, afin de préciser les

possibilités de chargement de terrain et les types de fondations

à envisager, des mesures de densité et de teneur en eau ont été

faites dans les fonds de fouilles à différentes profondeurs. Les

emplacements de ces mesures ont été relevés au tachéomètre et

reportés sur les levés géologiques au 1/500,

Les résultats sont réunis dans le tableau ci-après :

. / . .

Photo 3a

Surface plane de grèspréparée pour lamesure par j augesnueléai res.

:•*?•-•

Photo 3b

Mesure de la teneuren eau dans unefouille de bâtimentlou rd.

Terre végétale.

Argile sableuse.

Fragments de gres.

Grès dur.

Argile .

Grès friable.

Grès altéré .

Grès feldspathique dur.

Argile jaunâtre ei grise.

Grès dur feldspathique.

Argile de décomposition ferrugineuse .

Grès altéré en sable .

Grès altéré fragmenté

Grès dur.

Grès altéré en sable .

Gres dur et carotte.

-o le 7- 7-1961

-o le 30.8.1961Humidité 7 8 9 10 11 12 13 IA 15 16 17%

+ + le 7. 7-1961

+ + le 30.8.1961Densité 0,5 1/5 2,5

Fig. 37

- 81 -

4"/ Sondage D (Fig. 38)

Jusqu'à 6 mètres, le sondage reste dans des successions

de sable argileux, grès altéré, sable et argile, puis il pénètre

dans du grès moins altéré. Après un forage à percussion de 7"

jusqu'à 4,50 m la rotation a été effectuée en 101 mm, de diamètre,

Le tubage de protection atteint 7,20 m. Il a été fait dans ce

sondage une seule coupe de densité, et deux de teneur en eau»

Profondeur de la Densité totale Teneur en eau

mesure depuis la

surface (m)

gr/cc

31/8/61volumique ^

8/7/61 31/8/61

2,0 9,0

2,25 8,60

2,50 9,20

2,75 8,60

3,0 9,50

3,25 9,30

3,50 9,50

3,75 9,30

4,0 9,10

4,25 9,25

4,50 9,10

4,75 1,20 9,30

5,0 1,44 9,20

5,25 1,50 9,50

5,50 1,62 9,30

5,75 1,74 9,0

6,0 1,82 9,75

6,25 2,64 9,60

6,50 2,41 9,50

6,75 2,30 9,80 10,50

7,0 2,54 14,40 14,30

7,25 2,44 15,20 14,9

7,50 1,55 15 15

7,75 1,81 13 13

8,0 1,66 12,20 12

8,25 1,61 14,25 14,75

8,50 1,64 13,5 13

8,75 1,66 14 13,50

9,0 1,44 13,25 12,50

9,25 1,41 12,75

9,50 1,61 12,50

9,75 1,76

10,0 1,65

./..

- 83 -

Nature du terrain Densité totale

gr/ccTeneur en eau volumique

fo

Sable

Grès

Schiste

Argile

2,16

2,20

2,05

1,87

19,68

16,37

L*intérêt principal des valeurs preceden

seulement d^énoncer des valeurs moyennes caract

terrains rencontrés, mais surtout d'avoir été o

grande quantité de mesures faites sur la surfac

1500m2. Réalisées au fur et à mesure de l*avanc

sèment et fournissant un résultat quasi-immédia

en nombre assez important, ont permis, par l'ét

surfaces géotechniques cartographiées au 1/500,

aux levés géologiques, de juger sans délai de 1

non d*approf ondir les fouilles. Elles ont permi

mie d*un cubage particulièrement important de b

tes n'est pas

éristiques des

btenues par une

e totale de

ement du terras-

t, ces mesures

ablissement de

superposables

a nécessité ou

s ainsi l*écono-

éton armé

Une telle utilisation de l'appareillage qui peut se

présenter fréquemment et fonctionner normalement "en routine",

doit amortir rapidement l'investissement relativement élevé

des jauges et des sondages.

II.- AIRE D'ESSAI DE COMPACTAGE DU BARRAGE DU MONT-CENIS -

A la demande de la Direction de l'Equipement d'Alpe II,

le B.R.G.M. a procédé, en septembre et octobre 1961, à un début

d'étude systématique des matériaux compactés des terrains en

place, ainsi que d'échantillons de terrains homogènes qui ont

servi à l'étalonnage des appareils.

» / ft

- 84 -

Nous allons examiner, dans ce qui suit, le résultat des

mesures de densité et d'humidité et tenter une interprétation et

une critique de ces résultats.

1**) Mesures de densité

Elles ont été réalisées d'abord dans 5 trous percés à

la percussion dans la future zone de prélèvements, située au Nord

de l'aire des essais de compactage.

Le graphique général des mesures donne les résultats

obtenus pour les trous Pl à P5 inclusivement, (Fig. 39)

- D'une manière générale, on constate que les variations

sont comprises entre des limites moins larges que dans les coupes

réalisées dans les zones de compactage. Dans la coupe P2 notamment,

la densité est comprise entre 2,12 et 2,195. Toutefois, dans le

cas de la coupe P5 , il est fort probable qu'à 0,65 m environ de

profondeur, le choc de la barre à mine a provoque un basculement

d'un bloc, créant un vide artificiel, d'où une forte baisse de la

densité, d'ailleurs parallèle à celle de la teneur en eau.

Les valeurs maximales de la densité dans ces zones

naturelles sont notablement inférieures à celles rencontrées dans

les aires de compactage, la plus forte valeur ayant été de 2,195

au P2.

- Dans les coupes effectuées sur les aires de compactage,

les irrégularités le long d'une coupe sont notablement plus

élevées, les variations les plus grandes étant enregistrées sur

l'aire Pl-I avec 1,82 - 2,38 et suivant la coupe D2-P3-C1-I avec

comme valeurs extrêmes 1,47 et 2,17.

Il n'est pas impossible que dans ces cas, le mode de

perforation ait apporté quelques troubles dans l'organisation

initiale des matériaux. Toutefois, on remarque que dans toutes

ces coupes, les profondeurs des plus grandes variations sont

situées sensiblement sur des niveaux correspondant aux reprises

lors du compactage.

En effet, on peut considérer que, dans certains cas, le

fond du trou représente, à 10 ou 15 cm près, le contact des

matériaux remblayés avec le sol naturel, ce dernier ayant même

été vraisemblablement traversé aux coupes Pl-I, PIA-PIB, P2B et

D2-P4-B1-I (l).

/

(l) D'après des renseignements fournis sur place.

- 85 -

On observe régulièrement une augmentation de densité à

la base des coupes, soit à une profondeur comprise entre 0,90 et

un mètre.

Le cas des coupes PIB et P2B par exemple, paraît assez

significatif, avec une constance de la densité de l'ordre de 2,23

à 2,35, depuis 0,95 jusqu'à 1,35 m.

Il est toutefois difficile de conclure avec une certi¬

tude totale à la présence d'une discontinuité due à l'action du

compactage dans les matériaux mis en place. Si, dans les coupes

PI-I , la distance entre les deux anomalies de densité est de 40 cm,

ainsi que pour P4-B et pour D2-P3-C1-I, les maxima de densité

n'obéissent pas toujours exactement à cette loi.

En effet, si l'on retrouve bien sensiblement 40 cm

pour les maxima au Pl-I, 35 au PIA, 40 au P2B, on n'a plus que

30 cm au D2-P4-B1-I Par contre, l'écartement des maxima à 40 cm

apparaît nettement suivant la coupe D2-P3-C1-I.

Il n'est donc pas impossible de penser que cet écartement

des valeurs extrêmes est en relation avec l'épaisseur moyenne des

couches mises en place, la constance de leur épaisseur pouvant

varier quelque peu, de l'ordre de 10 à 15 fo.

Par ailleurs, il convient de signaler que le remblai

de la coupe D2-P3-C1-I a fait l'objet de 7 passages au rouleau

vibrateur. Il ne semble pas que ce compactage, particulièrement

énergique ait conduit à une répartition homogène de la densité

et donc de la compacité.

2* ) Mesures d'humidité

On retrouve, d'une manière générale, des variations

analogues à celles de la densité.

Rappelons qu'il s'agit de la mesure volumétrique,

c'est-à-dire que la courbe bleue des graphiques donne la teneur

en eau en fonction du volume total (l).

. / . . .

(l) La valeur pondérale étant fonction de la densité qui est

elle-même variable, il a paru plus rationel de donner la

valeur volumétrique, le calcul étant immédiat.

- 86 -

- Dans les zones de prélèvements, c'est-à-dire dans les

terrains naturels, les variations d'humidité sont assez impor¬

tantes mais, d'une manière générale, elles se rapprochent du

caractère d'irrégularité que l'on trouve dans les aires compactées.

Ainsi dans la coupe P3, la teneur en eau volumétrique varie de

11 à 15,55 fo et dans la coupe P5 de 9,5 à 14 fo,

- Dans les terrains compactés, la variation la plus

importante a été relevée à la coupe P2B où la teneur en eau varie

de U à 16,3 %.

Des mesures comparatives ont été faites à 3 jours

d'intervalle sur une même coupe. C'est ainsi que dans l'aire

D2-P4-B1-I une première mesure a donné la courbe figurée en

pointillés sur le graphique, la seconde en trait plein ayant été

faite 3 jours plus tard. Toutes les conditions géométriques

avaient été conservées afin que les comparaisons soient valables

et le nombre d'impulsions par minute à l'étalonnage avait également

été remis à la même valeur pour les deux mesures.

On constate une baisse assez nette de l'humidité,

notamment dans les points situés à 0,40 m de profondeur où la

diminution est de l'ordre de 1 % volumétrique.

Les précautions prises rendent peu probable l'attribution

de cette différence à une erreur de manipulation ou de mesure et

il semble plus logique d'interpréter cette valeur inférieure dans

la deuxième mesure, comme une tendance à une répartition plus

homogène des points à teneur exceptionnelle en eau après les trois

passages du rouleau vibrant.

30 ) Interprétation des mesures

a) Causes d ' erreur

Il y a lieu d'insister sur le fait que l'interprétation

des résultats ne peut jamais se situer dans un domaine de certi¬

tude absolue. En effet, plusieurs facteurs interviennent dans le

comptage des impulsions,

- Facteurs_dépendant_du_milieu :

- hétérogénéité de la répartition de la densité

et de l'humidité,

- possibilité d'un aggravation de cette hétérogé¬

néité par le mode de perforation (création de poches dans les

zones sableuses, basculement de blocs),

/

87 -

- Facteurs dépendant des moyens de mesures :

- émission aléatoire des radiations ou des parti¬

cules de la source,

- réponse aléatoire du terrain aux rayonnements

gamma et aux neutrons,

- taux de réponse de l'ensemble électronique, ne

pouvant garantir, par exemple, le comptage des coïncidences,

ainsi que celui des impulsions situées dans un intervalle de

temps plus petit que le temps de résolution de l'ensemble de

l'appareillage électronique : compteur, préampli, amplifica¬

teur, inscription.

Nous avons examiné - et nous continuons actuellement

des études - l'influence de la granulométrie et de la composi¬

tion chimique du matériau. Il semble, jusqu*à maintenant, que

ces deux facteurs interviennent assez peu et que leur influence

soit minime et largement négligeable devant les facteurs d'hé¬

térogénéité du matériau qui, en définitive, sont les éléments

à mesurer

Par ailleurs, une étude rapide sur les erreurs dues

à l'ensemble de la source fait apparaître des valeurs très fai¬

bles. Etant donné le nombre N de coups par minute enregistrés

et la déviation standard Q"*} on voit que l'erreur dûe à la seule

source n'a qu'une influence minime sur le rapport du nombre de

coups dû au terrain, au nombre de coups P dans la protection.

Quelques exemples particulièrement défavorables et

choisis à dessein nous ont montré qu'en prenant la valeur ;

£jA = N - N

P + P

il n*y a pratiquement aucune influence sur la densité lue sur

les abaques et qu'en tous cas, il était très peu probable que

cette influence dépasse 1,5^.

S'il n'est guère possible, par ailleurs, de déterminer

avec certitude, l'erreur dûe à l'absence d'enregistrement des

coïncidences, par contre, les pertes de comptage dues au temps

de résolution de l'ensemble de l'appareillage qui est de l'ordre

de 15 à 35 microsecondes, sont minimes puisque, avec un nombre

élevé de 25,000 coups par minutey on est loin de la valeur maxi¬

mun de 35 microsecondes.

a / a

- 88 -

b) Interprétation des résultats

Il nous reste donc à examiner l'interprétation des

résultats obtenus en fonction de l'hétérogénéité du terrain, seul

facteur qui, en fin de compte, représente le but de la mesure.

Nous avons déjà noté que dans les aires compactées,

cette hétérogénéité de densité et de teneur en eau semblait

présenter une périodicité qui était en moyenne de 40 cm o II

nous reste à examiner le sens que l'on peut donner aux variations

simultanées de la courbe de densité (D) et celle de la teneur en

eau (h),

- Zone_de_prélèvements

- Coupe Pl : Augmentation de D et de H au fond du trou,

correspondant à une augmentation probable de

1 a compaci t é .

- Coupe P2 : Constance assez remarquable de la densité,

par contre, une certaine diminution de l'humi¬

dité en profondeur pourrait être interprétée

comme la présence ou le voisinage d'un bloc

de rocher,

- Coupe P3 : Une large augmentation de l'humidité parallè

lement à la densité, donne à penser que,

comme pour la coupe Pl, le terrain subit une

notable augmentation de la compacité à partir

de 0 , 70 m,

- Coupe P4 : Présence possible d'une poche d'air vers

0,80 m.

- Coupe P5 : Mêmes caractéristiques, encore plus nettes

pour la densité atteignant le chiffre le plus

bas de tous les essais, de l'ordre de 1,42,

- Aire de compactage

- Coupe Pl-I : Présence probable d'un bloc vers 0,45 m et

augmentation sensible de la compacité à partir

de 0, 70 m,

- Coupe Pl-A : Défaut de densité vers 0,85 m avec, toutefois,

une valeur minimum de 1,82 qui pourrait être

interprétée comme la présence d'une zone plus

argileuse.

- 89 -

- Coupe Pl-B : Cette coupe paraît représenter un

ensemble de résultats particulièrement

favorables : forte densité moyenne à

partir de 0,35 m, augmentation régulière

de la teneur en eau, avec une légère

baisse dans les dix derniers centimètres,

dûe probablement à un effet de draînage

par le terrain naturel, celui-ci devant

être atteint à cette profondeur, d'après

les renseignements fournis par le

chant ier,

- Coupe P2-B : Présence d'une hétérogénéité vers

0,65-0,75 m, un défaut de compactage ou

un bloc basculé pouvant en être l'origine

- Coupe P3-B : Le faible nombre de mesures ne permet

guère de commentaires,

- Coupe P4-B : Parallélisme moyen des deux courbes,

- Coupe D2-P4-B1-I : (3 passages de rouleau vibrant) -

Présence d'une bonne compacité vers

0,40 m, suivie 10 à 20 cm plus bas,

d'une diminution notable, avec à nouveau

une bonne compacité moyenne et une

densité assez élevée à partir de 0,70 m.

Nous avons déjà donné le sens de variation des deux

courbes d'humidité,

- Coupe D2-P3-C1-I î Grave défaut de densité vers 0,75 m et,

d'une manière générale, hétérogénéité

sensible de la compacité de l'ensemble.

L'hypothèse d'une présence de poche d'air est peu

vraisemblable, la teneur en eau variant assez peu dans cette zone,

contrairement à ce que l'on a vu aux coupes Pl-I et P2-B par

exemple ,

I / «

- 90

CONCLUSIONS :

En conclusion, les mesures de référence exécutées sur

des matériaux "préfabriqués" et dont les caractéristiques de

teneur en eau et de densité étaient particulièrement bien éta¬

lonnées par les méthodes classiques, ont permis de caler, avec une

approximation qui nous paraît satisfaisante, les courbes de

variation de ces deux paramètres en fonction de la profondeur.

Une étude rapide des facteurs pouvant intervenir dans

les variations des comptages nous ayant montré que, en mettant les

choses au pire, ces variations ne pouvaient entraîner que des

erreurs de l'ordre de 2 fo sur les résultats obtenus, nous estimons

que le procédé tenté sur ce matériau particulier était fort

valable et probablement au moins aussi précis que les méthodes de

mesures tradi ti onnel les dans certaines conditions.

Nous pensons même qu'avec des taux de comptage réalisés

sur des temps assez longs, il est fort probable que les mesures

par les sondes nucléaires peuvent donner une précision supérieure

à celle des méthodes de laboratoire qui, par la succession des

manipulations diverses donnent des valeurs qui s'éloignent parfois

sensiblement de celles du matériau en place.

Toutefois, il y a lieu d'insister sur la nécessité de

réaliser, suivant un rythme qui dépend du nombre de mesures calcu¬

lées, un étalonnage sur des milieux de référence aux caractéris¬

tiques particulièrement bien connues et constantes, afin d'éviter

une dérive possible de l'appareillage électronique dûe par exemple,

à une baisse de charge des batteries ou à un défaut progressif de

fonctionnement d'une pièce du circuit, ce que nous n'avons pj

constaté, d'ailleurs, à ce jour.

)as

Dans le cas particulier du barrage du Mont-Cenis la

mesure de la croissance de la densité en fonction de l'augmentation

de l'épaisseur du remblai doit pouvoir fournir des résultats

particulièrement intéressants.

D'un autre côté, l'étude de l'évolution de la "consoli¬

dation" et de l'équilibre des pressions interstitielles en fonction

du temps et de la charge sus-jacente, doit fournir des valeurs

précises que peu d'autres méthodes pourraient être capables de

définir avec autant de précision.

- 91 -

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