reconnaissance géotechniquedepuis une chambre submersible

H.C. VAN DE GRAAFLaboratoire de mécanique des sols de Delft (Pays-Bas)

1. INTRODUCTION

La moitié des Pays-Bas se trouve en dessous duniveau de la mer. Ceci explique en partie le dévelop-pement dans ce pays des méthodes d'opération sous-marines de géotechnique. Ce développement fut acc,ê,-

lêré, dans les années 70, visant le marché pétrolier enmer du nord.

L'un des résultats fut le système Mission I, qui com-prend une tourelle de plongée, attachée à une plaquede base avec un pénétromètre incorporé. Ce systèmeest la copropnété du laboratoire de mécanique des solsde Delft et de la société Vriens. Il peut ëtre utilisé sous200 m d'eau et permet d'effectuer:

les essais au pénétromètre ;

le carottage Begemann, permettant d'obtenir unseul échantillon intact d'une longueur pouvant at-teindre 30 mètres;

la mesure de la densité en place des sols parméthode électrique ou nucléaire;

les essais de perméabilité.

Le système Mission II permet également le foragerotatif non rjestructif.

Fig. 1. Barrage anti-tempête.Situation et vue en perspective.

64

2. LE PLAN DELTA

Mission I fut employê,e pour la première fois dans lecadre du plan Delta néerlandais. Le projet d'unbarrage anti-tempëte d'une longueur de 6 km dans unterrain de sable meuble exigeait une campagne dereconnaissance extrêmement intensive dans des condi-tions nnaritimes difficiles:

jusqu'à 40 m d'eau;vitesse de courant ,C'eau 2 mls;des vagues de 1 m à 1,5 m sont très fréquentes.

Une barge spéciale fut construite pour lancer lesystème Mission.

Le système Mission comprend une plaque de baselourde et une tourelle à partir de laquelle toutes sortesd'essai in situ peuvent être effectués, en sol comme enroche. A cet effiet, la plaque de base est équipé,e d'unvérin creux pour la pénétration des sondes; Mission IIest également équipé d'une sondeuse à rotation.

Fig. 2. Tourelle de plongée Mission.

Bien que le système ait été conçu pour résister à despressions à 200 m de profondeur, la pression dans latourelle n'est qu'atmosphérique pour la plupart desessais. Dans certains cas, lors d'un carottage parexemple, cetre pression est la même que la pressionambiante. A cet effet, Mission comporte un système desaturation.

Le premier problème fut la détermination de la zone àcompacter par vibroflotation par les moyens suivants:

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au pénétromètre statique à pointe électrique (quel-ques centaines) ;

par carottage Begemann (quelques dizaines) ;

par pénétrométrie utilisant les sondes densitométri-ques (quelques dizaines).

Ces deux dernières rnéthodes furent développées àDelft dans les années 60. La densitométrie électriquese fait au moyen de 2 sondes pénétrométriques. Lapremière sonde permet de mesurer la résistance à lapointe, le frottement latéral, et la résistance électriquedu sol. La deuxième sonde permet de mesurer larésistivité électrique de l'eau interstitielle. Au moyend'un étalonnage au laboratoire, on détermine, pour unterrain donné le rapport enhe le quotient résistivitéeaulrésistivité sol et la porosité.

Cette méthode, aujourd'hui couramment utilisée pourles terrains sableux, fut employée fréquemment dans ladeufème partie de I'opération avec comme objectifI'optimalisation du compactage par vibroflotation.

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N" 26

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de la densité.

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entre A et D.

N" 26 65

Fig.7. Appareil de mesure de densité nucléaire.

Fig.8.A gauche i comparaison entre les résultats

de mesures électriques et nucléaires.A droite: résultats de la pénétrométrie.

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Systèmeengendré

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Fig. 5, Courbe d'étalonnage.

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Fig. 6, Résistance àavant et après

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66

Fig. 9. Résistance au côneen fonction de la profondeur.

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Fig. 10. Situation.

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Fig. 1 7 . Cou pe transversale du remblai.

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Fig. 12. Résistivité électrique du sol.

L'inconvénient de cette méthode d'une qualité excel-lente par ailleurs est que I'utilisation de la u sonde àeau > demande beaucoup de temps dans un terrainmoins perméable comme le sable fin ou limoneux.C'est pour cette raison qu'à été développée la densito-métrie nucléaire par pê,nétrométrie. Cette méthodecomprend un essai pénétroméhique électrique normal,à I'exception du diamètre de la pointe et des tiges, quiest de 45 mm au lieu de 36 mm. Après avoir atteint lerefus on retire le cable électrique et on descend àl'intérieur des tiges jusqu'à la pointe le train de mesurenucléaire comprenant une source rayons y de3 millicurie et un appareil de mesure. Ensuite onremonte le train de tiges, y compris le train de mesuretout en effectuant les mesures de la densité. L'avan-tage c'est qu'ainsi le risque de perte de la sourcenucléaire durant I'effort de pénétration est évité,.

Le résultat de la méthode nucléaire est comparable àcelui de la méthode électrique.

Pour augmenter la profondeur de pénétration, on aréalisé une pointe d'un diamètre légèrement plus grandque celui des tiges et d'une qualité d'acier beaucoupplus résistant, ceci dans le but de diminuer le frotte-ment latéral, et utilisé une deuxième tige qui empêchele flambage de la première et qui diminue sonfrottement.

L'essai suivant a été, réalisé en appliquant une force de600 kN sur une tige de 36 mm.

Actuellement, les travaux de compactage de la bargeMytilus sont terminés mais d'autres problèmes géotech-niques se posent, en particulier, le problème du filtre.

Les piliers du barrage seront placés sur ce filtre, quidoit êviter que dans le cas d'un barrage fermê,, l'eauqui passe sous le barrage et qui remonte ensuite versle fond emporte les grains de sable. Le filtre devragarantir que I'eau puisse sortir du fond et non pas lesable. De plus ce filtre doit résister à l'érosion par lecourant dans le cas d'un barrage ouvert.

Ce filtre est constitué par des tapis préfabriqués,composés de trois couches de sable grossier ou gravierfin. Entre deux tapis, on construit le filtre sur place parremblayage sous I'eau.

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Actuellement Mission I est utiiisé pour contrôler lacomposition de ce filtre au moyen de carottageBegemann ou par la mesure de la résistivité élechiquedu sol. Ce param ètre est une bonne indication pour ladétermination de la composition d'une couche.

En dehors du système Mission, utr autre système estutilisé pour ces essais. C'est un appareil téléguidé,nommé Geodoff, qui permet la pénêtrométrie statiquelégère (30 kN) ou le vibrocarottage.

Geodoff fut employé également en Mer du Nord pourla reconnaissance du tracé, d'un pipe-line.

Fig. 13. Le système Geodoff.

Comme vous voyez le système Mission I a toujours étéoccupé (soit opérationnel, soit paré) dans le Oosters-chelde entre 1976 et 1983.

Son succès a conduit à la construction de Mission II,muni en supplément d'une foreuse à rotation, employéen 1981 à Terreneuve.

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Fig. 14. Essai d'intensité électriquele long du pipe-line.

3. UNE APPLICATIONDU SYSTÈTVTE MISSION II AU CANADA

Le projet de pose d'un cable élechique entre leLabrador et Terreneuve dans le détroit de Belle-lslenécessite la réalisation d'une tranchée dans le fond dela mer qui le protège contre les icebergs qui heurtentle fond. Au fond, le sol est constitué de quelquesmètres de sable, gravier et pierres reposant sur laroche saine (calcaire ou grès).

Les conditions nautiques sont extrêmement difficiles:110 mètres d'eau, une vitesse du courant jusqu'à2 mls, un vent qui arrive fréquemment à 7 Beaufort,même en bonne saison, causant une houle de 2 à 3mètres. De plus il faut tenir compte du fait que les

opérations seront interrompues par le passage d'ice-bergs.

En 197 6 on avait tenté sans succès d'obtenir descarottes suivant la méthode traditionnelle depuis un

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Fig. 15. Le bateau <c Rocky Giant>équipé de Geodoff.

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bateau. On a considéré eu€, dans ces conditions, seulun système submersible serait en mesure d'obtenir debons résultats. Le système Mission II fut sélectionné en1981 et équipé pour cetre opération d'une foreuse àrotation. On a utilisé les carottiers Nassovia (carotte A105 mm) et Longyear HQ (62 mm).

Le bateau u Rocky Giant u fut positionné dynamique-ment avec des ancres comme système de secours.Mission fut lancé dans la piscine au cenhe du bateau.

Au cours d'un mois on a réalisé 17 trous, soit au total88 mètres. dont 42 m dans la roche.

BIBLIOGRAPHIE

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informations

Livres reçus

Cours pratique de mécanique des sols

J. Costet et G. SangleratPréface de J. BiarezTome 1 : Plasticité et calcul des tassements.Dunod, 3n éd., 1981 , 312 pages, I2I fig., 15,5 xbroché, 173 FF, I.S.B.N. 2.04.011334.7

Tome 2: Calcul des ouvrages.Dunod, 3" éd., 1983, 464 pages, 180 fig., 15,5 xbroché . 259 FF. I.S.B.N. 2.04.015523.6

24,

24,

C'est pour faciliter un premier contact avec la mécani-que des sols que ce cours pratique a étê, conçu, sans

toutefois tomber dans une simplification par tropradicale. Ce cours se veut didactiQU€, mais il n'évitepas les difficultés bien au contraire. Dans ses deuxiomes, il aborde la théorie, la pratique des calculs, les

essais de laboratoire et donne également un éclairagesur certains procédés de construction.

Dans un premier tome, sont décrits les différents typesde sols et leurs propriétés mécaniques (perméabilité,

compressibilité, résistance au cisaillement), la notion decontrainte effective, introduite avec un soin tout parti-culier, en raison de son importance et de sa grande

difficulté réelle sous une simplicité apparente. Unchapitre entier est particulièrement consacré à l'équi-libre plastique, sujet aride mais essentiel QU€, grâce à

leur longue expérience, les auteurs ont traité avec unegrande rigueur en faisant une large place à la

démonstration du théorème des états correspondants.

Le deuxièrne torne du cours aborde la théorie des

ouvrages les plus courants: murs de soutènement,rideaux de palplanches, parois moulées, fondationssuperficielles ou profonCes, talus et stabilité des pentes.

Cette deuxièrne partie traite aussi des différents procé-

dés de reconnai.ssance in situ et décrit avec soin deuxCes dispositifs les plus employés: pénétromètre etpressiomètre.

A l'occasion de la 3u édition de l'ouvrage, denombreuses adjonctions ont été faites pour tenircompte de l'état actuel des connaissances et des

techniques, en particr-rlier en ce qui concerne les

nouvelles techniques de compactage, les murs de

soutènement en terre armée, la résistance des pieuxaux efforts horizontaux, les argiles gonflantes et le

soulèvement des fonds de fouille, la technique ducloutage des sols, et surtout l'utilisation des géotextil.n:qui font l'objet d'une annexe complète illustrée de 12

figures.

Dans tout I'ouvrage, le lecteur houvera les donnéesessentielles de chaque sujet, mais aussi les teférencessuffisantes pour permettre d'approfondir tel point parti-culier. Bien que ce cours pratique soit essentiellementdestiné aux étudiants de troisième cycle et aux élèves

des grandes écoles, il sera lu avec profit par les

ingénieurs débutants, que leur carrière les conduise surle-chantier ou dans un bureau d'études. Il peut aussi

rendre des services aux techniciens supérieurs, car les

chapitres d'application sont d'un niveau mathématiquetuès élémentaire.

Problèrnes pratiques de mécaniquedes sols et de fondations

G. Sanglerat, G. Olivari, B. CambouPréf.ace de J. KeriselDunod, 2" édition, 1983

Tome 1 : Généralités. Plasticité. Calcul des tasse-ments. Interprétation des essais in situ.352 pages, 15,5 x 24,, broché , 228 FF,I.S.B.N. 2.04.015497 .3

Tome 2: Calcul des soutènements et des fondations.Stabilite des pentes.256 pages, 15,5 x 24, broché, 186 FF,

I.S.B.N. 2.04.015536.8

La connaissance des propriétés des sols est fondamen-tale pour la stabilité des constructions. Le calcul des

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ouvrages d'art et des fondations, associé à des essais insitu, est indispensable pour éviter beaucoup d'accidentset de dépenses inutiles dues aux modifications deprojets en cours d'exé,cution.

Au-delà du u Cours pratique de mécanique des sols,,existant dans la même collection, I'ouvrage en deuxvolumes de G. sanglerat, G. olivari, B. Cambou, pre-mier de ce type publié par des auteurs français,présente les solutions détaillées de 160 problèmesillustrés de nombreuses figures et tableaux, couvranttout le domaine de la mécanique des sols et desfondations.

Y figurent les rubriques suivantes: propriétés physiquesdes sols (y compris la congélation de sol avei calculd'un mur de glace), compressibilité et calcul destassements, résistance au cisaillement, plasticité, calculspratiques des ouvrages d'art: murs de soutènement,parois moulées -et palplanches avec ou sans ancragesprécontraints, talus, digues et barrages en terre (stabili-té et débit de fuite), ainsi que murs de soutènement enterre armée. Des calculs de fondations superficielles etfondations profondes dans différents types de sol, ycompris les argiles gonflantes sont également présentés.

Un chapitre complet est consacré à l'interprétationpratique des essais in situ (pénétromètre statique,

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pénétromètre dynamique, pressiomètre et standardpénétration test).

La plupart des problèmes ont été résolus en utilisantles unités légales actuelles (système M.K.S.A.), mais,parce qu'il s'agit d'ouvrages pratiques, certainsexemples ont été volontairement traités en systèmesanciens ou en unités anglo-saxonnes (pouces, pieds,pieds carrés, livre par pied carré, livre par

- pied

cubique, elc.), fort utiles aux ingénieurs qui ont àexaminer des projets ou des rapports dans lequellesfigurent encore ces unités.

Cet ouvrage sera donc d'une grande utilité nonseulement aux étudiants des écolàs d'ingénieurs oud'université qui abordent pour la pte-ière fois lamécanique dgr sols, mais aussi aux ingénieurs etpraticiens de Génie Civil déjà chevronnés mais qui ontà haiter de ce sujet. Les spécialistes de mécanique dessols trouveront, quant à eux, des solutions à èeftainsproblèmes rarement présentées dans la littérafure tech-nique.

Cette seconde édition comporte dix nouveaux pro-blèmes concernant particulièrement l'interprétation desgsprs d9 pénétration statique ou dynamique et duS.P.T., I'analyse du soulèvement en fônd de fouille enmilieu cohérent, et l'étude de stabilité de remblais sursol mou.

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