BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONALBP. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.00.12

DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L'AGRICULTURE DU NORD

PONT-A-MARCQ (NORD)

STATION D'EPURATION

ETUDE GEOTECHNIQUE DES SOLS DE FONDATION

parJ.P.BERGIN-A.DIEUDONNE

Service géologique régional N O R D - PAS-DE-CALAIS

Fort de Lezennes, B.P. 26, Lezennes - 59260 Hellem m es-Lille - Tél.: (20) 53.10.13

76 SGN 180 NPA 4 mai 1976

le 4 mai 1976

BRGM-région Nord

LEZENNES (NORD)

(76 SGN 180 NPA) Direction Départementale de l'Agriculture du Nord

(A.DIEUDONNE) "Pont-à-Marcq (Nord)

Station d'épuration

'RESUME de l'étude géotechnique des sols de fondation

A la demande de l'Entreprise Meurisse de Carvin (Pas-de-Calais) et pour le

compte de la Direction Départementale de l'Agriculture du Nord, nous avons procédé

à. l'étude géologique et géotechnique du sous-sol au droit du terrain réservé pour

l'implantation de la future station d'épuration de Pont-à-Marcq (Nord).

Les travaux de reconnaissance, effectués dans le courant du mois d'avril 1976

par l'entreprise Meurisse, ont consisté en l'exécution de :

- 2 essais de pénétration statique-dynamique

*» 1 sondage de reconnaissance géologique implanté auprès de l'un des essais

de pénétration pour étalonnage.

En cours de sondage, trois échantillons intacts de sol ont été prélevés et

conditionnés, puis transportés au laboratoire du B.R.G.M. à Lezennes (Nord) pour y

être examinés et soumis aux essais de mécanique des sols appropriés.

A l'issue de l'étude nous aboutissons aux conclusions suivantes :

Les caractéristiques mécaniques des sols superficiels sont dans l'ensemble

assez faibles, mais néanmoins suffisamment élevées, pour ne pas écarter un mode de

fondation superficielle au regard des ouvrages projetés.

Pour les fondations à base élargie (radier des cuves et bassins), la. 2contrainte appliquée au sol ne sera pas supérieure à 6 t/m . Pour cette charge

la sécurité vis-à-vis du poinçonnement est assurée sur la tranche de sol soumise

à répartition de contrainte.

Les tassements seront importants mais à la limite acceptables si les disposi-

tions constructives sont bien adaptées.

Pour les fondations directes des bâtiments et ouvrages annexes, le taux de

travail admissible pour des semelles de faible dimension (carrée lmxlm et filante

de 0,60m de largeur) est de l'ordre de lbar à 0,80m de profondeur sur le silt

argileux brun.

9 pages - 4annexes -

S O M M A I R E

Pages

1 - GENERALITES 3

2 - LES TRAVAUX DE RECONNAISSANCE SUR LE TERRAIN 4

3 - LES ESSAIS EN LABORATOIRE 5

4 - LA SYNTHESE GEOTECHNIQUE - ORIENTATION DES MODES DE

FONDATION 6

5 - CONCLUSION 8

LISTE DES ANNEXES

ANNEXE I Plan de situation

ANNEXE II Diagrammes de pénétration ( 2)

ANNEXE III Coupe géologique du sondage

ANNEXE IV Courbes de compressibilité (3)

DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L'AGRICULTURE DU NORD

PONT-A-MARCQ (NORD)

STATION D'EPURATION

ETUDE GEOTECHNIQUE DES SOLS DE FONDATION

1 - GENERALITES

A la demande de l'Entreprise Meurisse de Carvin (Pas-de-Calais) et pour le

compte de la Direction Départementale de l'Agriculture du Nord, nous avons procédé

à l'étude géologique et géotechnique du sous-sol au droit du terrain réservé pour

l'implantation de la future station d'épuration de Pont-à-Marcq (Nord).

Le terrain prospecté se développe suivant un pâturage rectangulaire de

65mx8O m, sensiblement plat (cote 30,82 à 31,07). La parcelle se situe sur la com-

mune d'Ennevelin, elle est bordée par la limite de commune avec Pont-à-Marcq au

sud-ouest, le chemin rural dit d'Ennevelin au nord-ouest et les douves d'un ancien

château au sud-est. L'eau observée dans les fossés environnants se trouve suivant

les endroits entre lm et 1,50 m de profondeur.

Les travaux de reconnaissance, effectués dans le courant du mois d'avril 1976

par l'entreprise Meurisse, ont consisté en l'exécution de :

- 2 essais de pénétration statique-dynamique

- 1 sondage de reconnaissance géologique implanté auprès de l'un des essais de

pénétration pour étalonnage.

En cours de sondage, trois échantillons intacts de sol ont été prélevés et

conditionnés, puis transportés au laboratoire du B.R.G.M. à Lezennes (Nord) pour y

être examinés et soumis aux essais de mécanique des sols appropriés.

Le commentaire des travaux et essais effectués sur le site et en laboratoire et

l'orientation sur les possibilités de fondation des futurs ouvrages font l'objet

du présent rapport et de ses annexes.

2 - LES TRAVAUX DE RECONNAISSANCE SUR LE TERRAIN

Le choix de l'implantation des reconnaissances a été arrêté par le représentant

de la Direction Départementale de l'Agriculture.

On trouvera en annexe I le plan de situation des différentes reconnaissances.

Les deux essais au pénétromètre statique-dynamique P I et P 2 ont été poussés

jusqu'aux profondeurs respectives suivantes 11,50 m et 13,75m. Le sondage initiale-

ment implanté entre les deux essais de pénétration a été déplacé auprès de l'essai

au pénétromètre P I pour étalonnage de celui-ci, le sondage a été poussé jusqu'à

11,50 m de profondeur.

Trois échantillons intacts ont été prélevés aux cotes suivantes, après examen

et critique des diagrammes des essais de pénétration.

Echantillon n°l : de 1,00 m à 1,95m

n°2 : de 3,00 m à 3,95m

n°3 : de 6,50 m à 7,25 m

M

II

Les diagrammes des essais de pénétration et la coupe géologique du sondage

peuvent être consultés respectivement en annexes II et III.

Les renseignements obtenus au cours des différentes reconnaissances permettent

de concrétiser ci-dessous la coupe structurale du terrain, de haut en bas sous 0,20m

de terre végétale :

- de 0,20 m à 3,50 m de profondeur environ, un silt brun ou gris-brun plus ou

moins argileux. Ce sol,en général cohérent, présente une compacité faible

à moyenne. L'effort de pointe enregistré au pénétromètre statique-dyna-

mique est assez peu élevé, de l'ordre de 7 à 10 bar en général. Le frot-

tement latéral est également faible au cours de la traversée de cette

couche.

- de 3,50 m à 7m/7,5Om de profondeur, un silt gris-foncé essentiellement pulvé-

rulent et saturé en eau, montrant à l'échantillonnage une consistance

apparente faible (phénomène de liquéfaction au cours du prélèvement par

battage). Les caractéristiques mécaniques mesurées in situ sans aucun

remaniement par essai de pénétration statique sont en fait nettement

meilleures que précédemment, l'effort de pointe est en général de l'ordre

d'une trentaine de bar. Par contre,le frottement latéral ne s'accroît

pratiquement pas ce qui confirme la saturation en eau des sols.

au-delà de 7/7,50 m, on rencontre des argiles plastiques gris-bleuâtres

compactes, puis très raides en profondeur (Argile de Louvil). Jusqu'aux

environs de 9m l'effort de pointe s'accroît progressivement de 30 à

50/60 bar, ensuite et jusqu'à la fin des essais, il oscille autour de

ces dernières valeurs. Le frottement latéral s'accroît très nettement à

partir de 7/7,50m et devient très élevé à partir de Il/l2m de profondeur.

Les cassements successifs du frottement latéral au droit de l'essai P2

ont entraîné l'arrêt de la pénétration.

Le niveau d'eau a été relevé entre 0,95m et 1,10m au droit des trous résultant

des essais au pénétromètre. Un piézomètre a été posé dans le sondage, le niveau sta-

tique a été exactement relevé à 1,15m de profondeur (relevé de fin avril 1976).

3 - LES ESSAIS EN LABORATOIRE

Les échantillons ont été soumis aux essais suivants :

- Essais d'identification

. Mesure de la teneur en eau naturelle W nat %

. Mesure des poids spécifiques apparents humide (Q ,) et3

sec (K) en t/m .

- Essai de stabilité

. Mesure des caractéristiques intrinsèques à court terme

(cohésion Cu en t/m et angle de frottement interne ^

par essai de cisaillement linéaire à la boîte de Casagrande.

•

1

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1.

B.R.G.M.région Nord-LEZENNES (Nord)

76 SGN 180 NPA

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1,95

3,00

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TABLEAU RECAPITULATIF DES ESSAIS DE SOL EN LABORATOIRE

DESCRIPTION

1,00

Argile silteuse gris-brun

1,60Silt très argileux àconcrétions limonitiques

1,95Silt gris-foncé très légè-rement argileux saturé eneau (faible consistance'apparente)

6,50Silt gris foncé devenantsableux en pied, saturéen pau6,80Silt gris verdâtre argi-leux à Nummulites sili-cifères

7,20 •Argile compacte grisbleuâtre en débit àspherules

7,25

Teneureneau

W %

27,5

27,0

24,5

.22,5

29,0

Poids spécifi-ques apparents

en t/m

humide

1,94

1,97

2,03

2,01*

1,94

1,93

sec

ôd

1,52

1,55

1,63

1,64

1,51

1,50

Carácter

TRIAXIAL

istiques intrin.

court terme

b.

•

7c uon °

seques

long terme

Cen ^

•

ren *

•

Cisaillement

non consolidé

non drainé

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3

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D.D.A. du NORD-PONT-A-MARCQ (NORD)

Station d'épuration-

Caractéristiques

de compressibilité

e0InJic« itt

0,74

0,63

0,76

c«í2.Indict ^ c

0,16

0,15

0,-14

- Essai de compressibilité

. Mesure des caractéristiques de compressibilité indice de

compression Ce et indice des vides e par essais oedométriques.

Les résultats de ces essais sont rassemblés dans le tableau ci-contre.

Les trois courbes de compressibilité peuvent être consultées en annexe IV.

Les résultats des essais appellent les quelques commentaires suivants :

— Les sols silteux argileux superficiels sont caractérisés par une teneur en eau

naturelle de l'ordre de 27 % à 28 % et un poids spécifique apparent sec oscillant2

entre 1,50 et 1,55 t/m . Le caractère cohérent se traduit nettement par les para-2

mètres intrinsèques (cohésion Cu de 3 t/m pour un angle de frottement interne

711 compris entre 5 et 10°). Le caractère de compressibilité est déjà accentué

(eQ - 0,74 - Ce = 0,16).

Les caractéristiques des sols de transition en profondeur, un peu au-dessus

de l'argile de Louvil, sont également du même ordre (voir également le creux

de courbe de l'effort de pointe sur le diagramme de l'essai au penetrómetre P 1

vers 6m de profondeur).

— Les sols silteux à caractère essentiellement pulvérulent (matériaux faiblement

argileux) situés sous les précédents, montrent une teneur en eau proche de la

teneur en eau de saturation pour ce type de silt. Les matériaux sont assez denses

( y' de 1,63 à 1,64 t/m et indice des vides e de 0,63). L'indice de compression

est du même ordre que précédemment (Ce = 0,15).

4 - LA SYNTHESE GEOTECHNIQUE - ORIENTATION DES MODES DE FONDATION

Les caractéristiques de stabilité et de compressibilité des sols superficiels

sont assez faibles mais néanmoins suffisamment élevées pour ne pas écarter un mode

de fondation superficielle.

Les fondations pourront être traditionnellement constituées par des "semelles

isolées ou filantes pour les bâtiments et ouvrages annexes et par des bases élargies

(radier) pour les bassins ou cuves.

Le niveau d'eau relevé en cours de reconnaissance (-1,15m) se situe à faible

profondeur et intéressera donc les ouvrages enterrés, certains radiers de cuve

étant généralement prévus vers 2,50m à 2,70 m de profondeur par rapport au terrain

naturel. Pour ces ouvrages, il faut donc dès à présent envisager un rabattement

de nappe, la technique des pointes filtrantes paraît bien adaptée au site.

Four les bassins et cuves de grande dimension, les contraintes appliquées au2

sol par l'intermédiaire du radier sont assez faibles, de l'ordre de 5 à 6 t/m2

pour une fondation hors-gel à 0,80m de profondeur et de l'ordre de 3 t/m effectif

vers 2,50 m de profondeur, compte tenu du déchargement du poids des terres en par-

tie dëjaugées. Pour ce deuxième point, il est évident que les sous pressions appli-

quées par la nappe sur le radier du bassin vide devront être équilibrées par le

poids du bassin (dispositions constructives à prendre au niveau de l'étude béton).

Pour ces faibles charges, la sécurité vis-à-vis du poinçonnement est assu-

rée sur toute la tranche de sol soumise à répartition de contrainte (taux de charge2

minimal déduit des essais de poinçonnement au pénétromètre de l'ordre de 7 t/m ).

Les tassements seront par ailleurs acceptables pour ce type d'ouvrage tout en étant

néanmoins assez élevés. A titre d'exemple, nous avons estimé le tassement sous une2

charge unidormément répartie de 6 t/m à 0,80m de profondeur pour une cuve circu-

laire de 12 mètres de diamètre,il est de l'ordre de 6 à 8 cm (7 cm moyen) au centre

de la cuve. Pour le même ouvrage fondé à 2,50 m de profondeur, le tassement est

encore de l'ordre de 4 à 6 cm ( 5 cm moyen).

Pour les ouvrages principaux de grande dimension, nous recommandons par ailleurs,

afin d'atténuer les déformations différenciées des sols d'assise, de couler le radier

sur une couche de matériaux de bonne qualité, de quelques décimètres (0,50m*- par

exemple), soigneusement compactée, ou de couler au préalable une couche de gros béton

maigre. Cette légère substitution accompagnée éventuellement du curage de mauvais

matériaux (variations naturelles des caractéristiques ou provoquées par remaniement

du fond de fouille à l'ouverture) nous paraît tout à fait nécessaire, compte tenu

des tassements non négligeables attendus. Dans le même esprit»des joints transver-

saux souples et étanches devront être envisagés au regard des grandes dimensions des

bassins. Il est par ailleurs bien évident que les critères de stabilité et de défor-

mation devront faire l'objet d'un examen complémentaire détaillé, dans le cadre

d'une mission spécifique avec le bureau d'étude de structure, lorsque les carácteris-

tiques des ouvrages principaux seront exactement définies.

8

Pour les fondations hors-gel (profondeur 0,80m) des bâtiments et ouvrages

annexes, le taux de charge sur le silt argileux calculé à partir des formules du

DTU 13-1 est de l'ordre de 0,9 à 1 bar pour des semelles isolées carrées de 1m de

côté et pour des semelles filantes de 0,60m de largeur.

Pour ce!, taux de charge de 1 bar et compte tenu des caractéristiques de compres-

sibilité mesurées, les tassements absolus seront de l'ordre de 2 à 2,5 cm pour les

geometries de semelles précédemment définies. Ces tassements sont compatibles avec

les valeurs couramment admises sous les semelles pour les bâtiments traditionnels.

Comme nous l'avons indiqué précédemment, il nous paraît également nécessaire

dans ce cas de faire très attention à l'ouverture des fouilles. Les silts argileux,

particulièrement en présence d'eau (période pluvieuse) sont très sensibles au rema-

niement. Celui-ci introduit ensuite des déformations complémentaires inadmissibles

à l'application des charges. Donc, afin de ne pas soumettre les fonds de. fouilles

aux intempéries et au remaniement, un béton maigre d'assolement sera coulé immédiate-

ment à l'avancement après les terrassements.

5 - CONCLUSION

A la demande de l'entreprise Meurisse de Carvin et pour le compte de la

Direction Départementale de l'Agriculture du Nord, nous avons examiné les perfor-

mances mécaniques des sols de fondation au droit du terrain destiné à la construction

de la future station d'épuration de Pont-à-Marcq (Nord).

Cet examen a été effectué à partir des résultats de deux reconnaissances

ponctuelles (essais au pénétromètre statique-dynamique P 1 et P 2 et étalonnage de

l'essai P 2 par le sondage de reconnaissance géologique S 1 - essai en laboratoire

sur trois échantillons prélevés au droit du sondage),

Nous aboutissons aux conclusions suivantes :

Les caractéristiques mécaniques des sols superficiels sont dans l'ensemble

assez faibles,mais néanmoins suffisamment élevées,pour ne pas écarter un mode de

fondation superficielle, au regard des ouvrages projetés.

Pour les fondations à base élargie (radier des cuves et bassins), la contrainte2

appliquée au sol ne sera pas supérieure à 6 t/m . Pour cette charge la sécurité

vis-à-vis du poinçonnement est assurée sur la tranche de sol soumise à répartition

de contrainte.

Les tassements seront importants mais à la limite acceptables si les disposi-

tions constructives analysées au cours de ce rapport sont bien adaptées (substitu-

tion avant le coulage des radiers - joints d'êtanchéité etc...). Les critères de

stabilité et de déformation devront;bien entendu, être examinés dans le détail,

dans le cadre d'une mission complémentaire spécifique, lorsque les caractéristiques

des ouvrages seront exactement définies.

Pour les bassins et cuves enterrés, compte tenu du relevé du niveau d'eau vers

1m de profondeur, des travaux de rabattement de la nappe seront rendus obligatoires.

La technique des pointes filtrantes paraît bien adaptée au site.

Pour les fondations directes des bâtiments et ouvrages annexes, le taux de

travail admissible pour des semelles de faible dimension (carrée lmxlm et filante

de 0,60m de largeur) est de l'ordre de 1 bar à 0,80m de profondeur sur le silt ar-

gileux brun. Celui-ci est très sensible au remaniement et un béton d'assolement devra

être coulé immédiatement à l'avancement des terrassements. Si des fondations plus

largement dimensionnées devaient être envisagées . compte tenu du faible taux de

charge, nous conseillons fortement les semelles filantes très correctement armées,

voire liaisonnées, car les tassements absolus, donc différentiels, augmenteront très

rapidement avec les dimensions des fondations.

Les résultats de cette reconnaissance ponctuelle seront confrontés avec l'examen

des sols à l'ouverture des fouilles, ceci afin de détecter les zones erratiques

toujours possibles et de s'assurer de l'homogénéité globale des sols d'assise.

J.P.BERGIN, Ingénieur géotechnicien

A.DIEUDONNE,Ingénieur géotechnicien

Service géologique régional Nord-Pas-de-Calais

du B.R.G.M.

Forages — Sondages

Louis M E U R I S S E & fils27, Ru» Florent Evrard

62220 - C A R VI NT*t. (21) 37.02.11

S . I . P . M .

Station d ' Epuration

P O N T - à - M A R C Q

Schéma d ' implantation

BRGM-région Nord

LEZENNES (NORD)

76 SGN 180 NPA ANNEXE II

DIAGRAMMES DE PENETRATION (2)

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ANNEXE IIIBRGM-région Nord

LEZENNES (NORD)

76 SGN 180 NPA

COUPE GEOLOGIQUE DU SONDAGE

DStationPONT

D . A .d'Epuration

à M A R C Q

-Forages _ Sondages

Louis M E U R I S S E & tus2 7 , Rue Florent Evrard

.62220 - C A R V I N -tél. { 21 ) 37.02.11

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ANNEXE IV

B.R.G.M.-région Nord

LEZENNES (NORD)

76 SGN 180 NPA

COURBES DE COMPRESSIBILITE (3)

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