L’ essai de pénétration au cône - CPT - et ses …

1 1L essai de p n tration au c ne - CPT -et ses diff rentes applications Alain PUECHF ugro FranceJourn e Louis ParezCFMS, 14 Juin 2005, ParisLa technique CPTLES C NES FUGRO:LES C NES FUGRO: Les c nes lectriques classiques : qc,fs,uLes c nes lectriques classiques : qc,fs,u Le c ne sismiqueLe c ne sismique Le pressioc neLe pressioc ne Les c nes de loggingLes c nes de logging Le c ne magn tiqueLe c ne magn tique Le c ne videoLe c ne video Les enviroc nes:Les enviroc nes:- MIP (Membrane Interface Probe)- ROST (Rapid Optical Screening Tool)- Conductivit lectrique- Temp rature- BAT: Echantillonnage in-situ des eaux- MOSTAB.

2 Echantillonnage in-situ des solsFaire p n trer des sondes de mesure dans le sol par pouss e continue sur des tiges la vitesse constante de 2cm/s2 Sommaire Le c ne lectrique CPT / CPTU-principe- mise en uvre ( terre, en mer) Quelques applications g otechniques particuli res- identification des sols- liqu faction des sols- capacit des pieux battus dans le sable Quelques c nes sp cifiques(c ne sismique, pressioc ne, c ne gamma-rayc ne magn tique, vid oc ne) Les c nes environnementauxLe c ne lectriqueMesure en continu: la r sistance sur la pointe (qc) le frottement local (fs) sur manchon la pression interstitielle (u) l inclinaisonfsu2qcu13Le c ne lectriqueStandardis :pointe de 10cm2mais existe aussi en sectionsde 1 33 cm2 pour applications particuli res:< 10 cm2: faibles r actions disponibles, profilage qualitatif (lithographie)> 10 cm2.

3 Plus grande pr cision dans sols tr s mousMise en uvre ( terre)4 Mise en uvre ( terre)Camion CPT(10 - 20T)Mise en uvre (en faibles profondeurs d eau) depuis plate-forme auto- l vatrice(< 30m d eau)Syst me modulaireROSON jusqu 100m+d eau5 Mise en uvre (offshore, 1500m+)Syst mes modulaires(mise en uvre pendulaire)Searobin3m, Seasprite 5m, 5-10 TPenfeld (Ifremer), 30mMise en uvre (offshore, 1500m)Mise en uvre au c ble travers trou central et b ti de fond(150m+ par passes de 3m)6 Mise en uvre (offshore, 2000m) Syst me modulaireSeacalf descendu par trou central(40m, 10 - 20T)VST CPTU T-barIdentification des sols Normalisation des donn es CPT Donn es brutes: r sistance de pointe: qc(MPa)(mesur es)frottement sur manchon: fs (kPa)pression interstitielle: u2(MPa) Donn es corrig es: r sistance de pointe: qt = qc + (1-a).

4 U2 R sistance nette: qnet = qt - voRapport de frottement:Rf= fs/ qt (%)Rapport de pression interstitielle: Bq= (u2-u0) / qnet= u / qnetR sistance de pointe normalis e: Q = (qt - vo) / voRapport de frottement normalis :Fr = fs / (qt - vo) 7 Identification des sols Classification (Robertson, 1986)Identification des sols SABLE denseSABLEtr sdenseARGILEli mone usefermeSABLE tr sdense etgraviersqt = MPaqt = 14-20 MPaRf = = 3%Bq = 0Bq = sistance au cisaillement des argiles Coh sion non drain e: Su = qnet/ Nk04008001200160020000 20406080100Cu (kPa)qnet (kPa)labo.

5 Ou lation usuelle (essais de compression triaxiale)Nk= 15 20 0204060800200400600800qnet (kPa)Su (kPa)024681012141618200 10203040506070R sistance au cisaillement non drain mesur e au VST, Su (kPa)Profondeur (m )Su (VST)Su (CPT, Nk=11)Su (CPT, Nk=14)Nkv = 14 11 Nkv = = 15020m50kPaVSTD ensit relative des sables Relations (Dr, qc, v ou m) calibr es par des essais en centrifugeuses ou en chambres de calibrationexemple (Baldi et al., 1986) Attention: relation de Baldinon valable faible p n tration (< 2-3m); Puech & Foray, OTC 14 2759 Identification des sols Liqu faction des sols - Rappel Evaluation de la r sistance laliqu faction des sols partir du CPTCFMSJ ourn e th matique du 5 Mai 2004 Journ e th matique du 5 Mai 2004 Alain PuechDenys BorelSur site CFMSF10 Liqu faction des sols - Rappel Introduction Travaux sur la liq u factio n d es sol s so us s ismes: an n es 70 ( Seedet I.)

6 M. Idriss) Sols potentiellement liqu fiables : fuseau granulom trique. Proc dure simplifi e d valu ation du potentiel de liqu faction des sols:Princip e: 1- estimation des contraintes in dui tes p ar l e s isme: CSR 2- estimation de la r sistance la l iqu faction : CRR partir du Standard Penetration Test (SPT) 3- CSR < CRRI ntroduction NCEER (National Center for Earthquake Engineering Research) 19 96 - 1 9 98 : a teli ers de 20 e x perts * p our fa ire l e bilan d e 30 a nn esd experience et mettre jour les proc dures- Publication 2001 Formalise: calcul du CRR partir du SPT, du CPT , de Vs, (du BPT) Apporte pr cisions sur: CSR, facteur correctif de Magnitude (MSF),facteurs correctifs de profond eur (> 15-20m), de pendage, d ge dess faction - Evaluation du CSRCSR = ( av / vo) = (amax/g) ( vo/ vo) rd av : contrainte moyenne de cisaillement horizontalpendant le s ismeamax:acc l ration horizontale de pic en surfaceg.

7 Acc l ration de la gravit voet vo:contraintes totales et effectivesdues au poids des terresrd : coefficient de r duction de contrainteli la flexibilit de la colonne de solrd = ( - z + z + z ) /( - z + z - 6 z + z 2)(Blake, 1996)11 Liqu faction - Evaluation du CRR partir du CPTR appel sur la capacit du CPT / CPTU identifier et classifier les sols (Robertson, 1990)Liqu faction - Evaluation du CRR partir du CPTCRR pour sables propres (FC<5%): tudes de cas; M= (q c1N)cs= r sistance de pointe d finissantla limite de liqu faction en sable proprepour (q c1N)cs< 50:CRR [(q c1N)cs/ ] + 50 < (q c1N)cs< 160:CRR 93[(q c1N)cs/ ]3+ c1N = r sistance de pointe normalis e 100kPaq c1N = (qc/ Pa).

8 Cq avec Cq= ( Pa / vo) nn= (sable propre)Robertson et Wride (1998)12 Liqu faction - Evaluation du CRRQ = [(qc- vo) / Pa] [ (Pa/ vo)n]n: varie avec type de soln = 1 pour sols < n < 1 pour silts et silts sableuxn = pour sables propresF = [ fs/ (qc- vo)] x 100%Ic =[( - log Q)2+ ( + log F)2] n = 1 : Q = [(qc- vo) / vo](diagramme ci-contre)Ic (n=1)= paration entre solsgranulaires et sols coh sifsLiqu faction - Evaluation du CRRC orrection pour teneur en fines = correction de la r sistance au cone normalis e q c1N pour obtenir une r sistance quivalentesable propre (q c1N)cs telle que:(q c1N)cs = Kc.

9 Q c1N avec Kc: facteur de correction Si Ic< = Ic> = f(Ic) (voir graphe)13 Liqu faction - Simplicit d application de la m thode CPTM thode programmable( avec variation continue de l exposant n)Zhang, Robertson et Brachman, 2002 Liqu faction - Evaluation de la s curit -(q c1N)cs permet d obtenir CRR (banque de donn es)- pour un s isme de magnitude : FS = CRR / CSR- pour un s isme de magnitude # :FS = (CRR / CSR) x MSFMSF: magnitude scaling factor 14 Liqu faction - - CRR 0123FS 01234567801020qc (MPa)depth (m)012Rf Liqu faction - - CRR 0123FS 0246810121402040qc (MPa)depth (m)012Rf15 Liqu faction - Robustesse de la m thode CPTB anque de donn es SPTB anque de donn es CPTLiqu faction - Robustesse de la m thode CPTPas de corrections en cascade comme dans la m thode SPTSPT CPTV aleur mesur eNq cNormalisation / voN1q c 1 NCorrections propres au SPT(N1) 60= N1.

10 CE. : correction d nergieCB : correction de diam tre de trouCR : correction de longueur de tigesCS: correction de type de carottierCorrection de fines(N1) 60cs(q c1N)cs 16 Liqu faction - Comparaison des m thodes SPT / CPTCrit reSPT CPTB anque de donn esabondante abondante(sites avec liqu faction)QC et r p tabilit faible bontr s bonD tection de la variabilit bonne si essais tr s bonnemoyenne des s dimentsserr s Type de sol adapt non graveleuxnon graveleuxRecup ration d chantillonouinon Type de mesureindex indexCapacit des pieux battus dans les sables M thodes semi-empiriques partir d essais in -situ (PMT, CPT)